Вариаторная коробка передач: что это такое
Трансмиссия в автомобиле обеспечивает возможность изменения крутящего момента и передачу его на ведущие колеса. И одним из основных ее элементов является коробка передач. Причем данный узел, используемый на авто, бывает нескольких типов – механическая, автоматическая, роботизированная, вариаторная. Что касается последней, то появился такой тип КПП не так уж и давно, но при этом активно завоевывает популярность. Далее мы разберемся, что такое вариаторная коробка передач, как она работает, чем хороша и какие у нее минусы.
Вариатор (также известный как Continuously variable transmission или CVT) — далеко не новый тип трансмиссии на автомобилях. Первая такая коробка появилась в 1959 году, но из-за невозможности в то время решить некоторые технические проблемы, распространения данная КПП на автотранспорте не получила, зато она оказалась неплохим вариантом для мототехники, в частности – скутеров. Вторая попытка использовать вариаторную коробку на авто была в 1984 году. И так постепенно данный тип КПП заинтересовал автопроизводителей и все чаще его стали использовать.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Главная особенность этой коробки – плавная бесступенчатая смена передаточного числа. То есть, если в других типах повышение или понижение числа выполняется на заданные значения, так называемые ступени, то в вариаторе их нет. Благодаря этому она способна более точно производить передачу усилия от силовой установки к ведущим колесам.
На автомобилях распространение получило два типа вариаторных КПП – клиноременные и тороидные, при этом первые более распространены.
Работа клиноременного вариатора построена на передаче передаточного числа при помощи специального ремня, установленного между двумя шкивами. Первый шкив является ведущим и связан он с силовой установкой, а второй – ведомый, обеспечивающий дальнейшую передачу усилия на колеса.
Схематичное изображение работы вариаторной коробки передач
Изменение числа производится за счет меняющегося диаметра шкивов. Для этого каждый из шкивов сделан разборным и состоит он из двух половин конической формы, которые посажены на вал. Схождение-расхождение этих половин позволяет менять диаметр в точке контакта шкива с ремнем.
Работает все так: при начале движения должно обеспечиваться максимальное тяговое усилие. Для этого половины ведущего шкива разводятся, а поскольку форма их коническая, то в точке контакта диаметр шкива будет минимально возможным. Половины ведомого же наоборот – сведены, что обеспечивает в месте взаимодействия ремня со шкивом максимальный диаметр. В результате для того, чтобы ведомый шкив сделал один оборот, ведущему необходимо их сделать несколько. Но при этом и нагрузка на двигатель минимальна.
Анимация илюстрирующая принцип работы вариаторной коробки передач
По мере набора скорости передаточное число должно меняться в меньшую сторону, что обеспечивает снижение тягового усилия, но повышает скорость вращения на ведомом валу. Для этого половины ведущего шкива начинают сходиться, что приводит к увеличению диаметра в точке контакта, а ведомого – расходиться.
При максимальном диаметре ведущего шкива и минимальном – ведомого, за один оборот первого, второй сделает их несколько, поэтому скорость вращения – максимальная, но и нагрузка на двигатель больше. Таким образом, за счет изменения диаметров достигается бесступенчатая смена передаточного числа.
В тороидном типе вариатора конструкция несколько иная. У него передача усилия выполняется роликами, зажатыми между валами, имеющими тороидную форму и расположенными на одной оси.
Nissan Motors Extroid CVT — Тороидный тип вариатора
Изменение передаточного числа обеспечивается за счет смены положения роликов. Максимальное тяговое усилие обеспечивается в положении роликов, когда они повернуты в сторону ведомого вала. За счет тороидной формы валов, у ведущего в точке контакта с роликом диаметр будет минимальным, а у ведомого – максимальный.
Для уменьшения передаточного числа и увеличения скорости вращения, ролики поворачиваются в сторону ведущего вала, при этом диаметры в точках контакта изменяются.
Устройство вариаторной коробки передач
Поскольку клиноременные вариаторы более распространены, то дальше и будем рассматривать их конструкцию. Такая коробка передач состоит их нескольких основных составных частей. И первая из них – сцепление, без которого не обойтись, поскольку оно обеспечивает возможность отключения силовой установки от трансмиссии.
Наибольшее распространение на вариаторных коробках получило гидротрансформаторное сцепление, которое также используется и на автоматических и роботизированных коробках. Но некоторые автопроизводители используют и другие типы сцепления — центробежное, электромагнитное или многодисковое «мокрое».
Вариаторная коробка в разрезе.
Основной составляющей КПП является сам вариатор, и главным элементом в нем считается ремень, поскольку именно он обеспечивает передачу. Хотя и ремнем его можно назвать лишь условно. А все потом, что состоит он из металлических лент, соединенных между собой особыми фасонными частями, имеющими форму бабочки и придающих ремню клиновидную форму. Рабочей частью у него являются боковые поверхности, которые контактируют с поверхностями половин шкивов и обеспечивают передачу вращения за счет сил трения.
Читайте также: Чем отличается вариатор от автоматической коробки и что лучше.
Некоторые производители вместо ремня используют цепь, при этом сама коробка с таким элементом привода называется клиноцепной. Особенностью цепи является то, что она состоит из большого количества звеньев, что обеспечивает малый радиус изгиба. Рабочая поверхность у нее – торцевая.
Поскольку все элементы вариатора работают под значительными нагрузками, то изготавливаются они из высокопрочной стали, что позволяет значительно повысить ресурс коробки.
В разных конструкциях вариаторов перемещение половин шкивов по валам обеспечивается за счет усилий, которые создаются пружинами, жидкостью или за счет центробежной силы.
Еще один вариатор в разрезе (реальное фото).
Одной из основных проблем вариатора – отсутствие реверсного вращения ведомого вала. Поэтому, чтобы решить ее и обеспечить автомобилю возможность движения задним ходом, в конструкцию коробки включена планетарная передача, позволяющая менять направление вращения. Но при этом наличие такого механизма значительно усложняет конструкцию коробки, но и без него не обойтись.
Последней составной частью вариатора является механизм управления. На данном типе коробки передач используется электронное управление, которое полностью контролирует работу вариатора, обеспечивает синхронное изменение диаметров на шкивах, включает и отключает сцепление и планетарный редуктор.
Управление же коробкой осуществляется селектором, которым задаются режимы работы, аналогичные автоматической коробке. То есть, водитель задает режим, а электронный механизм управления выполняется его на вариаторе.
Читайте также: Что такое коробка DSG , как она устроена и как работает.
Видео о вариаторной коробке переключения передач
Плюсы и минусы вариаторной коробки передач
- Плавность набора скорости, отсутствие рывков;
- Более интенсивный разгон;
- Легкость управления;
- Топливная экономичность;
Но есть у такого типа трансмиссии и свои минусы:
- Сложность и дороговизна ремонта;
- Невозможность работы с двигателями большой мощности;
- Чувствительность к условиям эксплуатации;
- Надобность в постоянном контроле и своевременной замене смазочных материалов.
Похожие публикации
dmitri Всем привет! Если кто то задумывается на тему покупки авто с вариатором советую взять. Как по мне минус — туповата на разгоне. На примере хонда цивик гибрид с свт. Откатался на ней до 200 000 миль. Проблем никаких только масло и тормозные колодки. Двигатель и трансмиссия как часики! Продал потому что просто надоел. Минус цивика еще пожалуй не ложится задняя спинка (внутри гибридные батареи), не лыжи не удочки ничего не влезает :), еще один авто субару аутбак 2010. Тоже свт трансмиссия, динамика получше, движок 2.5, текущий пробег 215 000 миль. По механике особо никаких хлопот до 190 000 миль не было. Потом полетела трансмиссия. Сама трансмиссия в порядке и ломаться там особо нечему. Полетел электронный блок управления. Замена стоит столько же сколько и сама трансмиссия. Обычная замена б/у 1500$ эта обошлась в 2200$ коробка и работа. Цена в сша. Так что если вы прочитали и думаете взять или нет. Возьмите не пожалеете. Спасибо 🙂
Особенности устройства и работы вариатора
Все чаще автомобили агрегатируются на конвейере вариаторными коробками передач. Но чем это обоснованно и действительно ли плюсы превосходят минусы? Рассмотрим, как работает вариатор, его внутреннее устройство и принцип действия. Надеемся, рассмотренные недостатки и преимущества помогут в дальнейшем сделать правильный выбор между CVT, DSG, роботизированной КПП и коробкой автомат гидротрансформаторного типа.
Устройство вариаторной коробки передач
Конструктивно вариатор состоит из следующих компонентов:
- механизм, выполняющий роль сцепления. Позволяет передавать крутящий момент, а при необходимости рассоединять КПП от силового агрегата;
- вариаторная передача;
- планетарный редуктор с пакетом фрикционов, позволяющий двигаться автомобилю задним ходом;
- электронная система управления.
Существует большое количество вариаторных передач, но на автомобилях наибольшее распространение получили клиноременные вариаторы. Механизм состоит из ремня, выходного и выходного шкивов, а также механизмов, изменяющих диаметр шкивов в рабочей зоне ремня.
Первые варианты вариаторов оснащались резиновым ремнем, но такая конструкция крайне ненадежная. В устройстве современных агрегатов применяется либо гибкий металлический ремень, либо цепь. В клиноременном вариаторе крутящий момент передается за счет пары трения боковая часть ремня — рабочая поверхность шкивов. Цепь же контактирует с конусной поверхностью шкивов торцевой частью.
Преимущество клиноцепного вариатора в гибкости (имеет меньший радиус изгиба) и меньших механических потерях на трение. Цепь работает за счет точечного контакта с поверхностью конусов, поэтому в местах соприкосновения очень высокая механическая нагрузка. Для повышения износостойкости конусы шкивов изготавливаются из высокопрочных сплавов стали.
Принцип работы
Почему вариаторные коробки передач называют бесступенчатыми? Лишь потому, что изменение передаточных чисел между выходным и ведущим шкивами происходит настолько плавно, что заметить отчетливую границу перехода невозможно.
Чтобы добиться прямой передачи, при которой скорость вращение входного и выходного шкивов будет одинаковой, нам нужно уравнять диаметры обеих шкивов. Если мы увеличим диаметр ведомого шкива, а d ведущего оставим прежним, то получим понижающую передачу. Ведомый вал вращается медленней ведущего, за счет чего увеличивается крутящий момент. Именно в режиме понижающей передачи автомобиль с вариатором трогается с места. Для увеличения скорости движения машины происходит обратное изменение диаметров шкивов. Именно на этом и построен принцип работы вариатора (Continuously Variable Transmission).
Механизм сцепления
В процессе развития устройства вариатора производителями использовались разные виды механизмов, среди которых:
- автоматическое сцепление центробежного типа (распространено на скутерах, мотоциклах);
- электронно управляемый электромагнитный механизм;
- многодисковая муфта. Имеет принцип работы аналогичной тому, что используется для блокировки отдельных рядов планетарной передачи АКПП гидротрансформаторного типа.
- Также работа многодискового мокрого сцепления используется для блокировки дифференциалов, интеллектуального подключения полного привода. По такому же принципу работает «мокрое» сцепление на DSG;
- гидротрансформатор. Надеемся, вы знакомы с устройством и принципом работы автоматической коробки передач гидротрансформаторного вида, поэтому конструкцию рассматривать не станем.
Использование гидротрансформатора позволяет значительно снизить нагрузку на вариатор в момент старта с места. Проскальзывание до момента блокировки гидротрансформатора увеличивает ресурс рабочей поверхности конусов, уменьшает растягивание ремня/цепи. Именно это решение впервые позволило автомобилю с вариатором относительно безболезненно переносить поездки по бездорожью.
Стоит помнить, что вариатор в безопасности лишь до момента блокировки гидротрансформатора. Если на вашем автомобиле он блокируется после 10 км/час, то буксовать в снегу, грязи без риска уменьшить ресурс вариаторной КПП можно лишь до превышения этого порога
Задняя передача
Ведущий и ведомый валы в вариаторе вращаются строго в направлении вращения коленчатого вала двигателя. Поэтому единственный рациональный способ реализации задней передачи – планетарный редуктор. Когда коренная и солнечная шестерни заблокированы, входной вал вращается в одном направлении с входным шкивом, который соединен с водилом.
Если заблокировать только коренную шестерню, водило, а вместе с ним и входной шкив, будет вращаться в обратную сторону. Для наглядного представления об устройстве и работе планетарного редуктора в вариаторе предлагаем посмотреть видео.
Система управления
Принцип работы вариатора в режиме реверсной передачи возможен благодаря использованию 2-х пакетов фрикционов. Один из них при необходимости блокирует между собой коренную и солнечную шестерни (движение вперед), а второй – корпус вариатора и коронную шестерню (задняя передача). Стальные и фрикционные диски сжимаются давлением масла, которое накачивается в систему маслонасосом и подается к соответствующим каналам через гидроблок (мехатроник).
Также давление масла используется для смещения подвижной части шкива, что позволяет регулировать его диаметр. Для правильной работы коробки передач CVT крайне важно, чтобы изменение диаметров происходило максимально синхронно. Поэтому конструкторы уделяют большое внимание производительности маслонасоса вариаторных КПП.
Перенаправление потока масла к соответствующим каналам осуществляется соленоидами, которые по команде электронного блока управления вариатором открываются либо закрываются. Для управления работой коробкой передач ЭБУ использует данные с датчиков скорости, ДМРВ, датчика открытия дроссельной заслонки, ДТОЖ.
Чем хороша CVT?
- Отсутствие потерь в разгонной динамике на переключение передач. При интенсивном разгоне автомобиля с вариатором стрелка тахометра зависает на одном месте – в зоне максимальной мощности двигателя. Таким образом, разгон получается наиболее эффективным.
- Снижение расхода топлива. Если вы движетесь с постоянной скоростью, умеренно разгоняетесь, вариатор подбором передаточного числа устанавливает минимальные обороты двигателя. Такая работа мотора не только позволяет увеличить акустический комфорт в салоне, но и снизить потребление горючего.
- Снижение вредных выбросов в атмосферу.
- Плавность движения. Благодаря линейной, а не ступенчатой смене передаточного отношения, автомобиль как при разгоне, так на торможении сохраняет плавность хода.
- Компактность. Небольшие размеры позволяют устанавливать вариаторы как на полноприводные авто, так и на переднеприводные машины.
Плюсы ясны, но насколько серьезные минусы?
К сожалению, как и многие устройства в мире технике, вариаторы не лишены недостатков. CVT изначально задумывалась в качестве коробки передач для малолитражек, хэтчбеков, среднеразмерных седанов и небольших кроссоверов. Клиноременные и даже клиноцепные вариаторы крайне плохо переносят резкие изменения режимов движения. Постоянные чередования динамичных разгонов, замедления и пробуксовка ведущих колес приводят к повреждению поверхности конусов, растягиванию цепи/ремня. Задиры провоцируют появление подергиваний, ускоренный износ ремня/цепи. Также к перебоям в работе вариатора и потере ресурса приводит падение давление масла. Из-за этого начинают проскальзывать фрикционные пакеты. В итоге масло очень быстро стареет, а гидроблок забивается взвесью с фрикционных накладок (пыль, которая попадает в жидкость ATF).
Стоит ли покупать или лучше выбрать авто с АКПП, DSG, МКПП?
Нельзя достоверно сказать, что лучше: вариатор или коробка автомат. Ни одна бесступенчатая КПП не приблизиться к надежности архаичных АКПП гидротрансформаторного вида. Но ведь многие современные автоматы также не могут составить им конкуренцию в этом плане, а что уж говорить об особенностях работы и проблемах DSG, Power Shift.
Поэтому рекомендуем учитывать, что есть разные модели и виды вариаторов. Покупая автомобиль, обязательно изучайте отзывы владельцев, реальные плюсы и минусы конкретной модели коробки передач. Многие производители научились делать ресурсные вариаторы, которые при должном обслуживании способны без проблем пройти 150 и даже 200 тыс. км.
Чтобы избежать массовых неисправностей, вариаторы устанавливаются преимущественно на авто с маломощными двигателями. Но Audi, а в последнее время и Nissan, Subaru, агрегатируют коробками CVT довольно тяжелые и мощные автомобили. Что ни в коем случае не подталкивает к выбору поддержанной машины с вариатором. Также многое зависит от стиля езды водителя и подхода к обслуживанию. Многие игнорируют тот факт, что вариатору зимой жизненно необходим правильный прогрев. Также для продления срока служба необходимо периодически менять жидкость ATF, промывать радиатор охлаждения.
Источник https://avtonov.com/%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BA%D0%B0-%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87/
Источник https://autolirika.ru/teoriya/variator.html
Источник