Без ступеней и переключений: вариатору 60 лет

Вариатор 01J для Audi: подробный обзор CVT

Автоматическая коробка 01J бесступенчатого типа, получившая торговое обозначение Multitronic, использовалась на автомобилях Audi. Агрегат поддерживал ручное переключение и мог работать с двигателями, развивавшими крутящий момент свыше 300 Н*м.

Существовало несколько видов вариаторов с унифицированной механической частью, рассчитанных на разные моторы и машины.

Вариатор 01J CVT: общий обзор

Применение в конструкции вариатора для Audi цепи позволило снизить габариты шкивов при росте диапазона передаточных чисел. Тянущая цепь обеспечивала повышенный КПД и была рассчитана на высокий крутящий момент.

Передача мощности осуществлялась соединительными составными осями (иногда называемыми штифтами) звеньев, которые плотно зажимались шкивами. Использование осей в качестве силового элемента позволило уменьшить радиус обката. Цепь из несимметричных звеньев обеспечила снижение уровня шума при работе.

Вариатор ставился на машины Ауди с 6-цилиндровыми V-образными либо рядными 4-цилиндровыми моторами с искровым зажиганием. В зависимости от типа двигателя и конструктивных особенностей вариаторы имели дополнительный буквенный код.

Разработка 01J велась компанией LuK GmbH&Co, в содружестве со специалистами Audi, что позволило адаптировать коробку под конструкцию автомобилей немецкого бренда.

Вариатор 01J для Audi: подробный обзор CVT

Устройство и принцип действия

Агрегат Multitronic VL 300 или 01J оснащен 2 валами с дисками, имеющими конические рабочие поверхности, между которыми расположена цепь вариатора. За счет синхронного изменения положения конических дисков плавно меняется диаметр ведущего и ведомого шкивов и передаточное число.

Крутящий момент от двигателя, оснащенного маховиком с демпфером либо двухмассовым маховиком (для 6- и 4-цилиндровых моторов соответственно), передается на планетарный редуктор при помощи фрикционов многодискового типа.

В конструкции вариатора 01J предусмотрены отдельные муфты для переднего и заднего хода. Поток мощности проходит через промежуточную зубчатую пару на ведущий конус, а затем тянущей цепью передается на ведомый конус. В конструкции 01J имеется главная пара конического типа с дифференциалом. Система управления гидравлического типа с электронным блоком ЭБУ с памятью для записи кодов ошибок.

Давление создается насосом с приводом от двигателя, установленным на гидроблоке. Эжекционная помпа применяется для подачи масла под низким давлением в контур охлаждения фрикционов.

Вариатор 01J оснащен внешним теплообменником для снижения температуры масла. Коробка имеет картер с 2 системами смазки – одна полость заправлена маслом для работы вариатора, а во второй находится масло для смазки главной пары и дифференциала.

Вариатор 01J для Audi: подробный обзор CVT

Схема и технические характеристики

Ниже приведена принципиальная схема вариатора 01J, который рассчитан на автомобили с передними ведущими колесами. Полуоси привода колес крепятся к выходному валу главной пары.

Заявленный заводом ресурс составляет 300 тыс. км. При условии соблюдения правил эксплуатации и регулярном обслуживании, цепь выдерживает не более 150 тыс. км.

Ранние модификации 01J не отличались долговечностью, отмечались поломки гидравлического блока, что приводило к отказу агрегата через 80-100 тыс. км пробега.

Вариатор 01J для Audi: подробный обзор CVT

Технические характеристики 01J:

  • допустимый передаваемый момент – до 310 Н*м;
  • интервал передаточных чисел – от 2,4 до 0,4;
  • число фиксированных ступеней переднего хода – 6;
  • полная емкость гидравлической системы – 7,5 л;
  • вес заправленного вариатора – около 88 кг.
Читать статью  Устройство и принцип работы вариатора CVT

На какие авто ставился вариатор

Цепной вариатор 01J устанавливался на автомобилях:

  1. Audi A4 с кузовом B6 (год выпуска c 2000 по 2006).
  2. Audi A6 с кузовом C5 и С6 (собирались с 2000 по 2004 гг. и с 2004 по 2008 гг. соответственно).
  3. Audi A8 с кузовом D3 (с 2002 по 2007 гг.).

Audi A4Audi A6Ауди А8

Техническое обслуживание

Вариатор 01J заправлялся маслом с допуском G052180A2, рассчитанным на 40-60 тыс. км. В коробке дифференциала использовалось масло G052190A2. Оно отличается по характеристикам от жидкости для гидравлического контура.

В конструкции устанавливался фильтр грубой очистки, который располагался в магистрали подачи масла в теплообменник. Фильтр тонкой очистки находился внутри картера 01J и был рассчитан на весь срок службы вариатора.

G052180A2 Масляные фильтры вариатора Масляные фильтры вариатора

Перед заменой масло прогревают до +35⁰…+45⁰С (с контролем при помощи диагностического прибора), а затем сливают отработавшую жидкость через отверстие в поддоне, закрытое пробкой.

Свежее масло заправляют через боковое отверстие до момента появления течи. Запускают мотор и проходят селектором по всем положениям с повышением частоты вращения вала до 3000 об/мин. Жидкость доводят до +35⁰…+45⁰С, отворачивают заливную пробку. При нормальном уровне масло должно течь из отверстия отдельными каплями.

Фрикционный Диск ZF6HP26 / 6HP28

Недостатки, поломки и проблемы автоматической коробки переключения передач

Основные проблемы, с которыми сталкиваются владельцы машин Ауди с вариаторами 01J:

Износ рабочей поверхности штифтов, приводящий к проскальзыванию цепи с образованием на конусах канавок и сильным загрязнением масла стружкой.

Загрязнение каналов и отключение эжекционного насоса, что приводит к перегреву многодисковых фрикционов.

Выход из строя контроллера из-за перегрева (электронный блок плавает в масляной ванне, температура доходит до +110⁰С).

Предлагаем ознакомиться с подробным видео-обзором на проблемы и неисправности вариатора 01J.

Руководство по ремонту

При разборке можно пользоваться руководством, созданным для дилерских центров Audi. Для загрузки можно скачать мануал здесь.

Вариатор 01J стал попыткой завода Audi создать коробку, способную конкурировать с АКПП и только появившимися в начале 2000-х гг. преселективными роботами DSG. В дальнейшем в серию пошел вариатор 0AW, который оказался надежнее предшественника. Коробка 01J обеспечивает плавное изменение скорости и не создает проблем при условии регулярного обслуживания.

А как считаете вы, возможно ли отремонтировать вариатор в условиях обычного гаража? Или все же рисковать не стоит, и проще поехать на СТО? Поделитесь своим мнением в комментариях. Сохраните статью в закладках, чтобы не потерять полезную информацию по работе и обслуживанию 01J.

Без ступеней и переключений: вариатору 60 лет

Дмитрий Лазо

DAF-600 – первый серийный легковой автомобиль с вариатором

Многое в технике считалось фантастикой или голой теорией, пока не приходило время новых технологий и революционных решений. Яркий пример – бесступенчатая трансмиссия, ядром которой является вариатор. Его главное достоинство – плавное, бесступенчатое изменение передаточного числа.

Хорошо забытое старое

Вариатор сегодня многим представляется новым решением. Однако это совсем не так, принцип его конструкции придуман еще в 1490 году гением эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Среди его эскизов – изображение конструкции из двух конусных валов, расположенных вершинами навстречу друг другу на параллельных осях.

Первые патенты на вариаторы были выданы в США в XIX веке.

Обозначилось два основных вида вариаторов, пригодных для практического использования, – клиноременный и торовый. При том, что у них различаются способы передачи и изменения крутящего момента, имеются и общие сходные компоненты – устройство соединения с двигателем (многодисковая муфта, гидротрансформатор) и реверсивный блок (планетарный редуктор заднего хода).

Читать статью  Управление коробкой автомат на автомобиле и эксплуатация АКПП

Так получилось, что серийно клиноременный вариатор начали устанавливать в первую очередь на мотоциклы, а не на автомобили. Пример – 500-кубовый Rudge-Multi 1910 года с кожаным клиновым ремнем. Правда, его вариатор был с ручным управлением. Позже, со второй половины 40-х годов XX века, мотоциклы и мопеды оснащали усовершенствованными вариаторами. А в настоящее время почти вся легкая мототехника типа скутеров, как и снегоходы, ездит на клиноременных вариаторах.

Ставить вариаторы на автомобили попробовали в 30-е годы XX века, но широкого распространения они не получили.

Двойной эффект

Схема вариатора из прошлого

Довести клиноременный вариатор до технического уровня, позволяющего установить его на серийный автомобиль, удалось Хуберту ван Дорну – основателю компании DAF. В 1958 году состоялся официальный дебют малолитражного DAF-600, в котором было реализовано несколько передовых для того времени решений. Главное из них – клиноременный вариатор Variomatic, причем двойной: каждая пара шкивов обслуживала свое ведущее колесо. Так что агрегат выполнял и роль дифференциала. Изменение передаточного числа вариатора, то есть синхронное сдвигание-раздвигание половинок конических шкивов в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, обеспечивали центробежный и вакуумный регуляторы. Диапазон передаточных чисел у вариатора получился 4,5, что позволяло 19-сильному DAF-600 разгоняться до 90 км/ч, при этом средний расход топлива не превышал 6 л/100км.

Толкающий ремень

Шкивы и ремень вариатора

Все бы хорошо, но резиновый ремень не мог передавать большую мощность и к тому же быстро изнашивался. В 1980-е годы стало понятно, что для конкуренции с обычными АКП требуются новые решения. Вскоре исследовательский центр DAF создал металлический многозвенный клиновый ремень. Своими наборными пластинами он цепко держал сцепление с коническими шкивами и по сравнению с резиновым «предком» практически не изнашивался, а также передавал значительно больший крутящий момент. По такому пути пошли многие фирмы.

Попутно внедрялось электронное управление перемещением шкивов, появлялись новые устройства для плавного трогания, устанавливаемые между двигателем и вариатором. Например, фирма ZF в вариаторе VT-1 Ecotronic использовала для этого многодисковую муфту в масле. Передаваемый этой трансмиссией момент достигал 170 Нм. Сейчас в качестве соединительного звена чаще всего применяют гидротрансформатор.

Как работает вариатор (CVT)

Как же удалось обеспечить надежное сцепление многозвенного ремня со шкивами и долговечность? Конечно, выбор материалов и термообработка поверхностей имели большое значение. Но все-таки ключевую роль здесь сыграла рабочая жидкость, которая заливается в вариатор. Это не просто смазка. Был изобретен рецепт специального высокотягового масла, так называемого трактанта, со сложными свойствами. Скользящие пары трения и качения (пластины между собой, подшипники) оно смазывает, а парам с высокими контактными давлениями (ребра пластин ремня) не дает проскальзывать. Важно, чтобы масло было нагрето до нужной температуры (70–100о С), иначе есть риск срыва в скольжение и «фрезерование» конусных поверхностей шкивов. Для быстрого выхода на нормальный тепловой режим на начальном этапе движения применяются специальные подогреватели масла.

Связанные одной цепью

Цепной вариатор

Вариаторы с многозвенным пластинчатым толкающим ремнем получили широкое распространение, позволили передавать крутящий момент до 300 Нм, а их ресурс достиг 100–150 тыс. км. Для того чтобы поднять планку допустимого крутящего момента и увеличить ресурс, требовалось внедрение в конструкцию кардинальной инновации. Это произошло, когда в гонку технологий включилась компания Audi, использовавшая наработки фирмы PIV. В 1999 году вместо ремня, набранного из пластин, начали применять стальную многорядную цепь – вариатор назвали клиноцепным. Принципиальное отличие – в контакт с коническими поверхностями шкивов теперь вступали не торцы пластин, а оси звеньев цепи. Давление в местах контакта возросло – повысились возможности по передаче большого крутящего момента, у вариатора Multitronic фирмы Audi он достигал 330 Нм! К тому же цепь способна сгибаться по меньшим радиусам (от 25 мм), чем ремень (от 30 мм), таким образом удалось расширить диапазон передаточных чисел, а также снизить внутренние потери и, следовательно, поднять КПД, приблизившись по уровню потерь к механическим коробкам.

Читать статью  Установка механической защиты

Позже клиноцепную конструкцию использовали и инженеры Subaru в вариаторе Lineartronic, который способен передавать крутящий момент до 400 Нм.

Роликом по бублику

Еще один тип вариаторов, все-таки получивший практическое применение в серийных автомобилях, – торовый. Он состоит из двух соосных дисков – ведущего и ведомого, рабочие поверхности которых имеют торообразную форму. По ним перекатываются ролики, передающие крутящий момент. Когда ведущий диск обкатывается роликами по меньшему радиусу, а ведомый – по большему, получается высокое передаточное число (аналог первой передачи), и наоборот. Плавное изменение передаточного числа производится за счет наклона роликов в ту или другую сторону. Еще одна особенность – ведущий и ведомый валы вращаются в противоположные стороны. За разработки всерьез взялась японская фирма JATCO в кооперации с подшипниковой компанией NSK. Тороидные вариаторы выбрал Nissan: в 1999 году вариатор Extroid установили на модели Cedric/Gloria, а несколько позже – на Skyline. Торовый вариатор примерно на 10% экономичнее традиционного «автомата» и способен на передачу больших крутящих моментов. Однако он сложен, чрезмерно требователен к точности геометрии и твердости рабочих поверхностей, а потому оказался дорогим в производстве и широкого распространения не получил.

Все для человека

Когда конструкции вариаторов на серийных автомобилях довели до регулярного применения, вдруг выяснилось, что многих водителей беспокоит психологическая неувязка. При разгоне автомобиля с вариатором обороты двигателя практически не меняются. Ведь вариатор выбирает самый выгодный режим работы мотора, и менять его становится незачем. Водителям это создавало дискомфорт. Ну что поделаешь, для производителя желание потребителя – руководство к действию. Вариаторы стали снабжать фиксированными ступенями – виртуальными передачами, которые водитель может выбирать самостоятельно. Впервые ручное переключение между фиксированными передаточными отношениями вариатора внедрила компания Nissan в 1997 году. Тему продолжили другие производители. Эта функция имеет и практический смысл – ручное включение фиксированных передач помогает эффективно тормозить двигателем – на скользких спусках, например.

Прогресс технологий способствовал и увеличению ресурса вариаторов. При щадящей эксплуатации и правильном обслуживании пробег вариаторов достигает 200 тыс. км и более, однако добиться такого же ресурса, как у традиционных АКП, пока не удалось. Зато есть преимущества по КПД – и, соответственно, по динамике и экономичности. Вариаторы с металлическим толкающим ремнем и клиноцепные обладают КПД 0,8–0,9, а у торовых он достигает 0,95.

Характеристики вариаторов разных типов

Только эксперименты

В СССР тоже вели работы по проектированию и исследованию автомобильных вариаторов. Известный популяризатор науки и техники доктора технических наук профессор Нурбей Гулиа в середине 1960-х годов придумал свою бесступенчатую трансмиссию, включающую вариатор и маховичный рекуператор механической энергии. Дело дошло даже до ее установки на опытный образец УАЗ-450. Но советский автопром не был готов освоить производство перспективных силовых агрегатов.

Позднее профессор Гулиа вместе с учениками разработал планетарный многодисковый вариатор, а затем планетарный супервариатор с очень широким диапазоном передаточных чисел (до 20!) и фантастическим КПД, достигающим 98%. Однако схема получилась сложной и громоздкой и вряд ли дойдет до производства.

Доля растет

В 2012 году доля автомобилей с вариаторами в мировом производстве превысила 10%, а в 2017 году составила уже 11,7%. По прогнозам, к 2020 году весьма вероятно возрастание количества таких машин до 14%. Вариатор, как и трансмиссии с двумя сцеплениями, постепенно отвоевывают рынок у традиционных механических трансмиссий.

Источник https://akpp.guru/modeli/01j

Источник https://akppro.ru/ru/magazine/article/variatoru-60-let.html

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *