Что такое вариатор? Принцип работы вариатора — Сообщество «Всё об АКПП» на DRIVE2
Вариатор — это бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которая позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный.
Клиноременный вариатор как тип трансмиссии известен давно. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапецеидальную форму.
Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, словно попавший между ними клин (отсюда и название “клиноременный”), наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение.
А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой.
Устройство и принцип работы вариатора
Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной- двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.
Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Начнем с самого простого. Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и “вклинивается” в шкив только своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним.
Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива (ведущий шкив вращается коленвалом) таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше и дальше от центра шкива.
Ведомый же шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе и ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу.
Этот процесс хорошо виден на рисунках, прикрепленных к посту.
Иначе устроен тороидный вариатор, который состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски.
И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску.
Так в ниссановском вариаторе Extroid применена специальная система, где управляемый электроникой прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам.
Между прочим, принцип устройства под названием “вариатор” не нов — мысли о бесступенчатой трансмиссии стали посещать конструкторов практически сразу с началом применения поршневых ДВС на транспорте.
Современное же развитие электроники и технологии материалов дало возможности усовершенствовать (остающиеся, однако, в принципе своем неизменными) конструкции вариаторов, и сейчас наблюдается, по-видимому, начало самого широкого распространения таких трансмиссий на автотранспорте.
Тем не менее вариаторы пока что не избавились от некоторых своих весьма существенных проблем.
Так, очевидно, что самыми конструктивно слабыми местами существующих сегодня автомобильных вариаторов являются: для клиноременного эти самые ремни, а для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн.
Поэтому здесь применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов достаточно высокой, близкой к надежности гидромеханических “автоматов”, но все же из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы пока не могут “тянуть грузы”, а также работать с двигателями большой мощности.
На сегодняшний день рекордом для клиноременного вариатора оказывается 220 л.с. и 300 Нм, которые развивает V-образный 6-цилиндровый мотор Audi A6, “воспринятый” трансмиссией Multitronic, а для тороидного — “переваренный” Extroid (3-литровый двигатель Nissan Gloria и Cedric), развивающий 240 л.с. и 310 Нм.
Однако если для грузовиков вариаторы до сих пор непригодны, то для легковых автомобилей весьма приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий, очевидно, большое будущее, тем более что и технологии материалов не стоят на месте.
Если сравнить динамические характеристики многих автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одной и той же модели автомобиля разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой, ибо должно быть наоборот, раз вариатор лучше использует мощность двигателя? Все дело в привычке — многие клиенты были очень недовольны, что машина с вариатором “все время ноет на одной ноте”. Большинство же водителей привыкли к знакомому нарастающему шуму мотора, и многие фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом же деле при нормальной настройке блока разгон, конечно, происходит быстрее.
В заключение отметим, что вариаторы является куда более совершенным типом трансмиссии по сравнению с традиционными автоматическими коробками передач.
Совершенство проявляется в более лучшей динамике разгона, меньшем расходе топлива, более плавной езде у автомобилей оснащённых клиноременными вариаторами. И в тоже время, вариаторы проще по конструкции, чем традиционные “автоматы”.
Думается, что в недалёком будущем автомобили оснащённые вариаторами полностью вытеснят машины, оснащённые обычными “автоматами” и сильно потеснят машины с “механикой”.
Вариатор, вариаторная коробка передач – устройство, принцип работы
x
Check Also
Можно с уверенностью сказать, что активные системы безопасности за годы использования в автомобилях предотвратили не один десяток тысяч ДТП, сохранив при этом сотни жизней. Одной …
Подвеска автомобиля обеспечивает мягкое соединение кузова автомобиля с колесами. Ее роль в поведении автомобиля на дороге неоценима, а потому она заслуживает далеко не последнего автомобиля. …
Фильтр нулевого сопротивления плюсы и минусы. Неудобная правда Как и обещал в этой статье, рассказываю про фильтры нулевого сопротивления. Если честно то я сам думал …
Бензонасос является одним из важнейших компонентов системы питания двигателя. Неисправность насоса приводит к перебоям в работе ДВС, провалам при нажатии на газ либо и вовсе …
Действующим ГОСТом 8769–75 предусмотрено наличие на транспортных средствах восьми видов внешних световых приборов. Каждый из них отличается конструкцией и назначением, что вынуждает производителей устанавливать различные …
Почему образуется эмульсия на щупе и крышке маслозаливной горловины Периодический контроль уровня масла в двигателе, проверка его состояния, использование высококачественных моторных масел и регулярная замена …
Классификация автомобилей по классам и по типу кузова Согласно классификации легковые автомобили подразделяются на десять основных классов. С учётом того, что нет единой системы, классы …
Двигатели BMW оснащаются системой Motronic фиpмы Bosch, пpи этом pечь идет о комбиниpованной электpонной системе зажигания и впpыска топлива, котоpая называется также цифpовой системой yпpавления …
Крутящий момент и мощность двигателя. Что важнее? Пару слов про обороты. Простыми словами + формулы и видео Знаю, что многих мучает этот вопрос, многие даже …
Стартер предназначен для запуска двигателя автомобиля. Он состоит из трех основных частей: электродвигателя постоянного тока, втягивающего реле и приводной шестерни с обгонной муфтой. Электродвигатели применяются …
С активными подголовниками приходилось встречаться далеко не каждому автомобилисту. Увидеть такой элемент безопасности можно лишь на наиболее современных автомобилях. Многие водители ошибочно считают активные подголовники …
Наличие водительского удостоверения открывает множество возможностей: расширяет перспективы в поиске работы; всегда можно подменить друга за рулем в дальней поездке; взять машину напрокат и, наконец, …
Двигатели TSI (Turbo Stratified Injection, от англ. турбонаддув и послойный впрыск) — бензиновые силовые агрегаты с непосредственным (прямым) впрыском топлива и турбонаддувом. Данные моторы производятся …
Для чего нужно знать размер щеток стеклоочистителя Подушка безопасности, т. н. Airbag (воздушная подушка) — оболочка из тонкой нейлоновой, или другой . Многие автомобилисты наверняка …
Проехал стоп линию. Получили штрафы за пересечение стоп линии В Российской Федерации достаточно много правил дорожного движения, и даже малейшая ошибка или невнимательность может сделать …
О достоинствах и целесообразности применения поршневого пневмодвигателя в составе автомобильной гибридной силовой установки Текст научной статьи по специальности «Транспорт» Аннотация научной статьи по транспорту, автор …
Вариатор (CVT) — бесступенчатая вариаторная коробка передач
Вариатор (CVT) — бесступенчатая коробка передач, которая в определенном диапазоне позволяет добиться максимально плавного изменения передаточного числа. Главным отличием вариаторной коробки передач от аналогов является достаточно эффективное использование мощности ДВС.
Коробка CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, «все время изменяющаяся трансмиссия») позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузок на двигатель, скорости движения ТС и т.д. В результате вариатор позволяет добиться высокой топливной экономичности.
Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора
Начнем с того, что существует несколько типов вариаторных КПП, однако на автомобилях используется клиноременный и тороидный вариатор, при этом клиноременной вариатор встречается намного чаще.
Устройство современной коробки-вариатора включает в себя такие элементы:
- Специальный механизм, который отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на вариатор, а также разъединяет коробку и ДВС при постановке на нейтральную передачу;
- Сама коробка-вариатор (другое название «вариаторная передача»), а также отдельный механизм, который позволяет автомобилю двигаться назад;
- Электронная система управления коробкой с входными и выходными датчиками;
Чтобы передать момент от двигателя, могут быть использованы: гидротрансформатор, центробежное автоматическое сцепление, электромагнитное сцепление, которое управляется электроникой, а также многодисковое сцепление. Чаще всего для этих целей используется гидротрансформатор (ГДТ), что позволяет добиться плавности и тем самым увеличить ресурс вариаторной коробки передач.
Что касается самой КПП, клиноременной вариатор включает в себя одну или две ременные передачи. Такая передача фактически является двумя шкивами, которые соединяются при помощи клиновидного ремня. Шкив образует пара конических дисков, причем диски могут сдвигаться и раздвигаться. Так удается менять диаметр самого шкива.
Чтобы сдвинуть конусы, задействовано гидравлическое давление, усилие пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом наклона 20°. Это позволяет ремню перемещаться по поверхности шкива, при этом сопротивление минимально.
На начальном этапе такие вариаторы оснащались ремнем из резины, однако ресурс самого ремня оказывался небольшим. Сегодня вместо резины устанавливается металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе КПП создается меньше шума, а также решение служит заметно дольше, чем резиновый аналог.
Вращение передается посредством силы трения между шкивами вариатора и боковой поверхностью ремня. Также в некоторых вариаторах может использоваться стальная цепь. В этом случае речь идет о клиноцепном вариаторе.
Данный тип отличается от клиноременного вариатора тем, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи во время ее точечного контакта с коническими дисками. При этом сами конические диски выполнены из прочной стали, а клиноцепной вариатор имеет наилучший КПД.
Еще отметим, что вариатор не способен обеспечить возможность движения назад. Для того, что автомобиль с такой КПП имел задний ход, в коробку интегрируют различные механизмы. Чаще всего это планетарный редуктор, который активно используется в АКПП.
Что касается управления вариатором, система электронная, производит синхронное изменение диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Также осуществляется управление сцеплением и планетарным редуктором.
Водитель управляет КПП при помощи селектора, а сами режимы напоминают режимы работы гидромеханической АКПП. Более того, в вариаторной коробке можно выбирать фиксированные передаточные отношения, что позволяет реализовать функцию ручного переключения передач, подобно Tiptronic на АКПП.
Еще добавим, что тороидный вариатор отличается от описанных выше ременных и цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидную поверхность. Между валами зажимаются ролики.
Чтобы изменить передаточное число в таком вариаторе, необходимо менять положение роликов. При этом крутящий момент передается посредством сил трения между рабочими поверхностями.
Как работает вариатор в автомобиле
Если говорить о принципе работы вариаторной коробки, диаметр шкива вариатора постоянно изменяется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только трогается с места, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, то есть конические диски полностью разведены.
Ведомый диск в этот момент имеет самый большой диаметр, когда конические диски максимально сжаты. Когда обороты двигателя начинают расти, диаметр ведущего шкива становится больше, а ведомого уменьшается, что позволяет уменьшить передаточное число.
Как видно, вариатор путем уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет двигателю работать в оптимальном режиме, чтобы получить максимум мощности и добиться лучшей динамики.
Плюсы и минусы вариатора
Прежде всего, такая трансмиссия является бесступенчатой. Это значит, что во время езды отсутствует необходимость переключаться на так называемы «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, нет задержек между переключениями со ступени (передачи) на ступень.
В результате достигается максимальный комфорт при езде на машине с вариатором. Однако данное решение не лишено недостатков.
Прежде всего, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту, то есть вариатор не ставят на автомобили с мощным двигателем.
Еще одним минусом является сложность устройства самой вариаторной коробки передач, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.
Вариатор, вариаторная коробка передач – устройство, принцип работы
x
Check Also
Определение неисправности и замена датчика коленвала Постоянное совершенствование силовых установок сказывается положительно на общих характеристиках двигателя, но не очень на общей технической части автомобиля. Ведь …
Êîðîáêà ïåðåäà÷ àâòîìîáèëÿ (ÊÏÏ) âõîäèò â ñïèñîê âàæíåéøèõ êîíñòðóêòèâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ òðàíñìèññèè àâòî. Êîðîáêà ïåðåäà÷ àâòîìîáèëÿ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè êðóòÿùåãî ìîìåíòà è íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ìàøèíû, …
Что такое жидкое стекло для авто и для чего оно нужно В повседневном общении “жидким стеклом” называют довольно широкий спектр средств, применяемых в качестве строительных …
В последнее время большой популярностью пользуются всесезонные шины. Зачастую их приобретают экономные владельцы транспортной техники, чтобы не покупать два комплекта покрышек, один из которых обязательно …
Двигатели TSI (Turbo Stratified Injection, от англ. турбонаддув и послойный впрыск) — бензиновые силовые агрегаты с непосредственным (прямым) впрыском топлива и турбонаддувом. Данные моторы производятся …
ABS: что это такое и как работает История возникновения ABS Принцип действия Как устроена ABS? Датчики скорости колёсного вращения Электронный блок управления Модуляторы гидравлического блока …
Привод спидометра — основные неисправности и их ремонт Привод спидометра — основные неисправности и их ремонт 1. Автомобильный спидометр: предназначение и устройство механизма 2. Поломки …
Поговорим о сердце любого двигателя внутреннего сгорания – маслонасосе. Именно масляный насос нагнетает давление в системе смазки, позволяя смазывать трущиеся пары, отводить тепло и продукты …
Стабилизаторы поперечной устойчивости – чтобы легко преодолевать повороты! Задача стабилизатора поперечной устойчивости передней и задней подвески заключается в том, чтобы увеличивать устойчивость транспортных средств при …
Термостат — признаки неисправности и способы решения проблемы Любой двигатель при работе требует охлаждения. Для этого в блоке есть специальные каналы, а снаружи предусмотрен термостат. …
В помощники беру Volvo S60, оснащенный кучей электронных ассистентов. Мне в первую очередь нужен адаптивный круиз-контроль, умеющий поддерживать не только заданную скорость, но и дистанцию …
Что же такое ТВС (топливно воздушная смесь) и какой она должна быть Мощность двигателя, а, следовательно, скорость, разгон и рывок автомобиля напрямую зависят от характеристик …
ШРУС (шарнир равных угловых скоростей, «граната») состоит из двух основных элементов – обоймы и корпуса. Обойма расположена внутри корпуса. Их поверхности оснащены специальными параллельными углублениями …
Газораспределительный механизм (сокращенное наименование – ГРМ) предназначен для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или топливно-воздушной смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска …
Газ на авто плюсы и минусы. Разберем пропан и метан + видео Эта статья назревала сама собой, особенно после таких популярных материалов как – пропан …
Современный автомобильный двигатель вместо карбюратора в своей конструкции имеет инжектор. Бензонасос ВАЗ 2114 монтируется в топливном баке автомобиля. Конструкция насоса позволяет ему создавать давление в …
Редукционный двигатель масляного насоса: устройство и ремонт неисправностей Бесперебойная работа автомобильного двигателя зависит от множества факторов: качества топлива, системы вентиляции и охлаждения устройства. Нельзя забывать …
Лада 2101 Краповый Феникс › Бортжурнал › Мозги для сердца (МПСЗ-микропроцессорная система зажигания) Вот и сбылась мечта… Каких-то 5-6 лет изучения темы, ожидания и сомнений …
Как проверить топливный насос, диагностика неисправностей Владельцы автомобилей с большим пробегом нередко сталкиваются с таким явлением, как упавшее или полностью отсутствующее давление в топливопроводе. Причины …
В конструкции различных ДВС независимо от типа (бензин или дизель) привод распределительного вала может быть как цепным, так и ременным. При этом каждый тип привода …
Чтобы водитель во время передвижения на автомобиле мог контролировать скорость перемещения, а также рабочие параметры автомобиля, в салоне на передней панели установлена приборная доска, с …
Топливный насос высокого давления (сокращенное наименование – ТНВД) является одним из основных конструктивных элементов системы впрыска дизельного двигателя. Насос, выполняет, как правило, две основные функции: …
Для повышения мощностных характеристик, экономичности и снижения выбросов вредных веществ в конструкции современных двигателей применяется изменение геометрии впускного коллектора. Рассмотрим принцип работы впуска переменной длины …
Самая неприятная уязвимость – это уязвимость кодграббером, ведь они способны полностью отключить противоугонные функции и отпереть салон. А раз есть доступ в салон и время …
Вариатор (CVT)
Существует большое количество работоспособных конструкций вариаторов, однако в автомобилестроении нашли применение только клиноременный и тороидный.
Вариатор(от лат. variātor «изменитель») автоматическая трансмиссия, способная плавно изменять передаточное отношение в некотором диапазоне. Неформальное название – вариаторная коробка передач или АКПП вариатор.
CVTОбщепризнанная мировая аббревиатура вариатора от английского continuously variable transmission (в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия).
В настоящий момент наибольшее распространение получил клиноременный вариатор. Впервые клиноременный вариатор «Variomatic CVT» был представлен в 1958 году на легковом автомобиле «DAF».
Его приемник вариатор «Transmatic» с 1984 года начал устанавливаться на автомобили «Fiat» и «Ford». Клиноременный вариатор – это стандартная автоматическая трансмиссия для множества автопроизводителей, выпускаемая под собственными названиями:
- «Autotronic» от «Mercedes-Benz»;
- «Ecotronic», «Durashift CVT» от «Ford»;
- «Lineartronic» от «Subaru»;
- «Multidrive» от «Toyota»;
- «Multimatic» от «Honda»;
- «Multitronic» от «Audi»;
- «Xtronic», «Hyper» от Nissan.
Клиноременные вариаторы также устанавливаются и на некоторые модели автомобилей «Chrysler» («Dodge», «Jeep»), «Fiat», «Mini», «Mitsubishi», «Opel», «Peugeot» и др.
Помимо этого аналоги бесступенчатой трансмиссии «Variomatic» используются в современных мотороллерах (скутерах), являясь их стандартным элементом примерно с 80-х годов XX века.
Вариатор ставят на скутеры с наиболее ходовыми объемами двигателей (50, 70 и 125 см3) таких компаний как «Malossi», «Polini», «Doppler» и др.
Наиболее известный тороидный вариатор выпускает компания «Nissan» под именем «Extroid».
Устройство вариатора
Вариатор как коробка передач включает в себя следующие элементы:
- механизм, передающий крутящий момента и разъединяющий коробку передач и двигатель (нейтральное положение);
- собственно вариатор;
- механизм, обеспечивающий движение задним ходом (реверс);
- блок управления.
Для передачи крутящего момента и разъединения вариатора и двигателя могут быть использованы:
- центробежное автоматическое сцепление («Transmatic»);
- электромагнитное сцепление с электронным управлением ( «Hyper»);
- многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением ( «Multitronic», «Multimatic»);
- гидротрансформатор («Autotronic», «Ecotronic», «Extroid», «Lineartronic», «Multidrive», «Xtronic»).
Последний вариант является самым популярным, потому что гидратрансформатор обеспечивает плавность работы механизма при передаче крутящего момента, следствием чего является больший ресурс вариатора.
В автомобильных вариаторных коробках передач применяют электронное управление, основными функциями которого являются:
- осуществление изменения передаточного отношения вариатора в соответствии с режимами работы двигателя;
- управление гидротрансформатором/сцеплением;
- обеспечение работы планетарного редуктора.
Непосредственное же управление вариатором водитель производит при помощи рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам обычной АКПП. Также в CVT может быть реализована возможность выбора фиксированных передаточных отношений (аналог функции «Tiptronic»).
Наличие данной функции в первую очередь позволяет преодолеть негативное восприятие многими водителями постоянной скорости вращения двигателя при разгоне. У ряда производителей данная функция называется иначе: «Sportronic» у «Mitsubishi», «Autostick» у Chrysler.
Конструкция клиноременного вариатора
Клиноременный вариатор состоит, как правило, из одной, реже двух ременных передач. Передача включает два шкива, соединенные клиновидным ремнем.
Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая тем самым изменение диаметра шкива. Для сближения конусов используется гидравлическое давление, центробежная сила, усилие пружин.
Конические диски имеют угол наклона около 20°, который обеспечивается перемещение ремня по поверхности шкива с наименьшим сопротивлением.
На ранних клиноременных вариаторах ремень был выполнен из резины (как на современных скутерах), что делало его недолговечным (примерно 50000 км пробега) и недостаточно гибким (радиус изгиба не менее 90 мм). Плохая гибкость приводила в итоге узкому диапазону регулирования.
Подавляющая часть современных вариаторных КПП применяют гибкий клиновидный толкающий ремень из нескольких стальных лент (порядка 10 – 12) и связанных с ними фасонных пластин в виде «бабочки».
Передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения между шкивами и боковой поверхностью ремня. Такая конструкция даёт высокую прочность, долговечность, гибкость (минимальный радиус изгиба 30мм) и низкий уровень шума.
Именно появление металлического клиновидного ремня позволило широко использовать вариатор на автомобилях, так как он мог передавать значительный крутящий момент.
Как устроен вариатор и чем он лучше АКП?
До последнего времени, подавляющее большинство наших соотечественников, пользовались в основном транспортными средствами отечественного производства, оборудованными механическими коробками передач. Ситуация изменилась тогда, когда в нашу страну начали массово поступать иномарки, мгновенно завоевав популярность потребителей.
Многие из импортированных моделей машин, были оборудованы автоматической КПП – своеобразной новинкой для отечественных автолюбителей. Однако, мировая автомобильная промышленность не стоит на месте и хоть сегодня уже никого не удивишь коробкой автомат, но вопрос выбора по прежнему остается.
Дело в том, что в современном автомире существует несколько вариантов трансмиссии, а их выбор зависит от индивидуальных требований потенциального покупателя.
Обычно, отдав свое предпочтение транспортному средству со встроенной АКПП, автовладелец начинает задумываться какой ее тип лучше выбрать: классический или вариаторный.
Если с классическим типом более-менее все понятно, то вариаторная коробка передач еще не так сильно распространена и многие автолюбители не ориентируются в вопросе ее устройства, рабочих принципах или функциональных особенностях.
Поэтому, мы посчитали, что соответствующая информация данной статьи может быть весьма полезной.
1. Как появился вариатор?
Малознакомое устройство под названием «вариатор» (с англ.
«continuosly variable transmission» или просто СVT), используется для передачи крутящего момента и имеет куда более древнюю историю нежели традиционная «механика», а уж тем более автоматическая трансмиссия.
Схема будущего вариатора была разработана известным итальянским художником, писателем и изобретателем Леонардо да Винчи, однако, в 1490 году применять устройство было негде и никто не обратил особого внимания на открытие.
В самом первом варианте, данный механизм имел вид двух конусов, части которого сужались и были направлены в разные стороны, а между ними натягивался ремень. Такая конструкция позволила назвать устройство первым видом бесступенчатой трансмиссии.
Конечно, в те времена вариатор не имел ни какого отношения к автомобилям и использовался средневековыми мельниками для изменения скорости вращения своих жёрнов (передвигая по конусам ремень они плавно меняли передаточное число, а значит и скорость).
Чуть позже, конусный вариатор был заменен на другой его вид – клиноременный, который все прошлое столетие активно использовался в промышленности. С его помощью выполнялся привод индустриального оборудования, такого как швейные машинки или жатки-сенокосилки.
Прошло еще немного времени и подобным открытием заинтересовались производители мопедов, однако, автомобильные компании, почему-то, долго не проявляли к нему заслуженного интереса (правда встречались исключения).
Впервые мысль о возможности применения клиноременного механизма на автомобиле пришла в голову голландскому инженеру Хуберту Ван Дорну – вдохновителю и генеральному директору компании DAF. Именно он в 1958 году создал бесступенчатую трансмиссию Variomatic, которую, в последствии, и предложил своей компании.
В результате, на автомобильном рынке была представлена модель DAF 600с, обладавшая 590 кубовым мотором и вариатором. По большому счету, своей популярностью, данный автомобиль во многом обязан описываемому устройству.
Естественно, конструкция того времени была еще очень далека до совершенства из-за чего проект бесступенчатой передачи пришлось свернуть.
Спустя десять лет, компания Volvo выкупила DAF и стала оборудовать подобными механизмами уже свои автомобили третей серии (Volvo 353).
Однако, из-за возросшей мощности силового агрегата, все узнали о недостатках, присущих вариатору: низкой надежности и невозможности передавать серьёзный крутящий момент.
Так, работоспособности устройства хватало от силы на 50000 километров, поэтому о надежности автомобилей, имеющих бесступенчатую трансмиссию не могло быть и речи.
Этот факт стал причиной того, что в середине 80-х годов ХХ века, вариатор перестал использоваться на автомобилях «Volvo», появившись через пару лет в Японии. Концерн Fuji Heavy Indastries нашел ему применение на модели Subaru Jasty, оборудованной несколько иной конструкцией бесступенчатой трансмиссии.
Вот как раз с этого момента вариатор, устройство которого было известно еще в средневековье, обрел свое заслуженное место в мире автомобилей, заинтересовав такие известные фирмы как Nissan, Honda, Fiat, Ford и Audi.
Такому интересу поспособствовало сразу два фактора: с одной стороны – резкий скачок технологий, а с другой – упрямство голландцев.
Первым вариатором получившим патент, стал тороидный вариатор, разработанный Чарльзом Хантом в 1886 году. В данном устройстве, между двумя колесами (ведущим и ведомым), обладающими сферической рабочей поверхностью, был зажат ролик, а передача крутящего момента выполнялась за счет трения, возникающего при взаимодействии рабочих поверхностей колес и ролика.
Современный вариант трансмиссии, устанавливаемый на многие выпускающиеся в наше время транспортные средства, возник еще в начале 70-х годов ХХ века путем стараний все того же Хуба Ван Дорна, которого первые неудачи хоть и огорчили, но не заставили отказаться от идеи создания качественной бесступенчатой трансмиссии. После продажи DAF он открыл еще одну компанию под оригинальным названием «Van Doorne Transmissie», где и был изобретен, а затем поставлен на серийное производство стальной ремень, приблизительно такой же, какой сегодня применяется почти на всех автомобилях с бесступенчатой трансмиссией.
2. Принцип работы вариатора
И так, исходя из всего вышесказанного, вариатор (или как его еще называют, «вариаторная коробка») – это бесступенчатая коробка передач, тоесть один из видов КПП, в котором передаточное число может медленно меняться в пределах заданного диапазона.
В технике, применяются устройства разного типа, но что касается автомобиля, то здесь распространение получили только два из них: клиноременный и тороидный, поэтому, логично будет рассмотреть принцип работы вариатора учитывая особенности их конструкции.
Составляющими частями тороидного вариатора являются ролики и соосные диски, передающие крутящий момент от первого до второго. Что бы добиться изменения передаточного числа, необходимо поменять положение и радиус роликов, которые напрямую задействованы в обкатке диска.
Принимая во внимание тот факт, что основное усилие приходится на место контакта, понятно, что для выполнение поворота ролика, придется использовать специальное устройство, способное преодолеть прижимную силу, задействованную для соединения диска и ролика.
К примеру, механизм некоторых вариаторов относится к гидравлически – прецизионному типу и управляется электроникой, перемещающей ролики на небольшое расстояние вверх или вниз. Благодаря данному сдвигу ролик поворачивается самостоятельно.
Клиноременной вариатор устроен несколько иначе. Обычно, он состоит из нескольких (чаще всего, двух) ременных передач, при которых шкивы образовываются за счет конических дисков.
Когда диски сдвигаются (или раздвигается) диаметр шкива, а соответственно и передаточное число, меняют свое значение. Разные производители вносят свои коррективы в стандартную конструкцию вариатора этого типа: вместо обычного ремня устанавливают цепь или ремень, состоящий из металлических пластин.
Такие конструктивные решения никак не влияют на принцип работы вариаторов и он остается одинаковым для всех.
Что бы автомобиль начал движение, используют небольшой гидротрансформатор, блокирующий обычное сцепление в процессе движения.
Управление дисками шкивов осуществляется при помощи электронной системы, состоящей из блока управления, сервопривода и разных датчиков.
Так почему же в таких вариаторах применяется клиновидный ремень? Если его разрезать, то он будет иметь форму трапеции и вклиниваться в шкив боковыми поверхностями. После сильного износа поверхностей ремня, он начинает глубже врезаться в шкив и сцепка остается такой же.
В сравнении с автоматической КПП стандартного типа, рабочий принцип вариативной коробки, считается более совершенным типом трансмиссии, что отображается в большей топливной экономичности, плавной езде и улучшенной динамике разгона.
Более того, с конструктивной точки зрения, устройство вариатора намного проще, чем аналогичные механизмы традиционной автоматики, поэтому, с большой долей вероятности, можно предположить, что в самое ближайшее время укомплектованные вариаторами транспортные средства, смогут составить серьезную конкуренцию автомобилям с АКПП, оттеснив назад «механические» машины.
3. Из чего состоит вариатор?
Вне зависимости от типа(тороидная или клиноременная), все вариаторные коробки состоят из следующих общих элементов:
– механизма, который обеспечивает передачу крутящего момента и отвечает за отсоединение КПП от двигателя (нейтральная передача);
– самого вариатора (вариаторная передача);
– механизма, обеспечивающего движение задним ходом;
– системы управления.
С целью передачи крутящего момента и отсоединения вариатора от силового агрегата могут использоваться такие механизмы:
– автоматическое центробежное сцепление (применяется в вариаторах Transmatic);
– мокрое многодисковое сцепление, имеющее электронное управление (используется в вариаторах Multitronic, Multimatic);
– сцепление электромагнитного вида с электронным управлением (вариатор Hyper);
– гидротрансформатор (применяется в вариаторах Extroid, Multidrive, Autotronic, Lineartronic, Ecotronic, Xtronic).
Наиболее популярным способом соединения вариатора с двигателем есть использование гидротрансформатора, обеспечивающего высокую степень плавности передачи крутящего момента, а значит и долговечности самой передаточной коробки.
Клиноременный вариатор включает в свою конструкцию одну (реже две) ременные передачи, которые в свою очередь, состоят из двух шкивов, соединенных ремнем.
Шкив – это два диска конической формы, способные сдвигаться/раздвигаться, что обеспечивает изменение диаметра шкива. Что бы заставить конусы сблизиться используют гидравлическое давление, центробежную силу или усилие пружин.
Угол наклона конических дисков составляет 20°, что является оптимальным значением для обеспечения перемещения ремня по шкиву с наименьшим сопротивлением.
Как мы уже отмечали, в первых конструкциях клиноременных вариаторов устанавливались резиновые ремни, отличающиеся низким эксплуатационным сроком (от 30000 до 50000 км. пробега), недостаточной гибкостью (минимальный радиус изгиба 90 мм.) и связанной с ней узким диапазоном регулировки.
В большинстве современных вариаторных коробках, вместо резинового ремня применяется гибкий металлический ремень, изготовленный из 10-12 стальных полос, а передача крутящего момента выполняется при помощи сил трения, образующихся между боковой поверхностью ремня и шкивами.
Такая конструкция позволила вариатору обрести необходимый высокий уровень прочности, долговечности, гибкости (минимальный радиус изгиба теперь 30 мм), а заодно и низкий уровень шума.
Начало применения металлического клиновидного ремня, открыло путь к широкому использованию вариаторов на транспортных средствах.
В вариаторных коробках Lineartronic и Multitronic, ремень вообще отсутствует, а все его функции положены на металлическую цепь. Такой вид бесступенчатых передаточных коробок получил название клиноцепного вариатора.
Пластины цепи соединены между собой при помощи осей, что обеспечивает более высокую гибкость (радиус изгиба 25 мм).
В отличии от клиноременного вида, здесь вращение передается торцевой поверхностью цепи, когда происходит ее точечный контакт с коническими дисками.
В местах таких «столкновений» появляется высокое напряжение, компенсирующееся путем применения высокопрочной стали для изготовления конических дисков. Клиноцепная вариаторная коробка отличается наименьшими потерями при передаче крутящего момента и наиболее высоким коэффициентом полезного действия.
Из-за особенности своей конструкции, вариаторная передача не способна обеспечивать реверсивного движения.
Как правило, для управления вариаторами, применяется электронная система в задачу которой входит осуществление синхронного изменения диаметра шкивов вариатора, в соответствии с рабочим режимом двигателя, управление сцеплением и обеспечение работы планетарного редуктора. Непосредственное влияние на работу описанного устройства, оказывает рычаг селектора. Режимы управления такие же как и в автоматической коробке передач.
При использовании вариаторной коробки передач, можно реализовать функцию выбора фиксированных передаточных отношений, которая поможет решить проблему негативного восприятия водителем постоянной частоты вращения мотора при разгоне автомобиля. В некоторых конструкциях вариаторов такая функция может иметь свое название, например: Autostick у Chrysler или Sportronic у Mitsubishi.
Вариатор, вариаторная коробка передач – устройство, принцип работы
Вариатор (обиходное название – вариаторная коробка передач) является бесступенчатой коробкой передач, т.е. обеспечивает в заданном диапазоне плавное изменение передаточного числа. Вариаторная коробка передач имеет общепризнанное название (аббревиатуру) CVT – Continuously Variable Transmission (в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия).
Основное преимущество вариатора по сравнению с другими коробками передач заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается высокая топливная экономичность. непрерывное изменение крутящего момента, отсутствие рывков обеспечивают высокий уровень комфорта при передвижении на автомобиле с вариатором.
Ввиду ограничений по мощности вариаторы на сегодняшний день применяются только на легковых автомобилях, правда диапазон их использования вследствие технического прогресса постоянно расширяется. Другой минус вариаторной коробки передач заключается в достаточно высокой технической и технологической сложности конструкции.
Из всего многообразия различных видов вариаторов на автомобилях нашли применение только два – клиноременный и тороидный вариаторы. Наибольшее распространение получил клиноременный вариатор.
Первый клиноременный вариатор Variomatic был установлен на легковой автомобиль DAF в 1959 году. Его приемник вариатор Transmatic с 1984 года устанавливался на автомобили Fiat и Ford.
В настоящее время клиноременный вариатор используется многими автопроизводителями. Ряд конструкций вариаторов имеют собственные названия:
- Autotronic от Mercedes-Benz;
- Ecotronic, Durashift CVT от Ford;
- Lineartronic от Subaru;
- Multidrive от Toyota;
- Multimatic от Honda;
- Multitronic от Audi;
- Xtronic, Hyper от Nissan.
Вариаторы CVT также устанавливаются на некоторые модели автомобилей Chrysler (Dodge, Jeep), Fiat, Mini, Mitsubishi, Opel, Peugeot и др. Самым известным тороидным вариатором является вариатор Extroid, устанавливаемый на автомобили фирмы Nissan.
Устройство и работа вариатора
Вариаторная коробка передач имеет следующее общее устройство:
- механизм, обеспечивающий передачу крутящего момента и разъединение коробки передач от двигателя (нейтральное положение коробки передач);
- собственно вариатор (вариаторная передача);
- механизм, обеспечивающий движение задним ходом;
- система управления.
Для передачи крутящего момента и разъединения вариатора от двигателя использоваться следующие механизмы:
- центробежное автоматическое сцепление (вариатор Transmatic);
- электромагнитное сцепление с электронным управлением (вариатор Hyper );
- многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением (вариаторы Multitronic, Multimatic);
- гидротрансформатор (вариаторы Autotronic, Ecotronic, Extroid, Lineartronic, Multidrive, Xtronic).
Самое популярное соединение двигателя и вариатора с помощью гидротрансформатора, который обеспечивает высокую плавность передачи крутящего момента и, соответственно, долговечность коробки передач.
Клиноременный вариатор состоит из одной, реже двух ременных передач. Передача включает два шкива, соединенные клиновидным ремнем.
Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая тем самым изменение диаметра шкива. Для сближения конусов используется гидравлическое давление, центробежная сила, усилие пружин.
Конические диски имеют угол наклона 20°, при котором обеспечивается перемещение ремня по поверхности шкива с наименьшим сопротивлением.
Первые клиноременные вариаторы имели резиновый ремень, который отличала низкая долговечность (50000км), недостаточная гибкость (минимальный радиус изгиба 90мм) и связанный с ней узкий диапазон регулирования.
Большинство современных вариаторных коробок передач используют гибкий металлический ремень, который изготавливают из нескольких (10-12) полос стали и связанных с ней фасонных частей в виде бабочки.
Передача вращения осуществляется за счет сил трения между шкивами и боковой поверхностью ремня. Ремни данной конструкции имеют высокую прочность, долговечность, гибкость (минимальный радиус изгиба 30мм), низкий уровень шума.
Именно металлический клиновидный ремень открыл дорогу для широкого применения вариаторов на автомобилях. Ремень изготавливается из металлических пластин конической формы.
На вариаторах Multitronic, Lineartronic вместо ремня применена металлическая цепь. Такие коробки передач имеют название клиноцепной вариатор. Металлическая цепь состоит из пластин соединенных осями. Такая конструкция цепи обеспечивает лучшую гибкость (радиус изгиба 25мм).
В отличие от клиноременного вариатора крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи при ее точечном контакте с коническими дисками. В местах контакта возникают высокие напряжения, которые компенсируются за счет изготовления конических дисков из высокопрочной (подшипниковой) стали.
Клиноцепной вариатор имеет наименьшие потери при передаче крутящего момента и наивысший коэффициент полезного действия.
В силу особенностей конструкции вариаторная передача не может обеспечить реверсивного движения. Для осуществления движения задним ходом в коробке передач применяются дополнительные механизмы. В качестве такого механизма обычно используется планетарный редуктор, устройство и принцип работы которого подобен автоматической коробке передач.
В вариаторной коробке передач применяется, как правило, электронная система управления, которая осуществляет синхронное изменение диаметра шкивов вариатора в соответствии с режимами работы двигателя, управление сцеплением и обеспечивает работу планетарного редуктора.
Непосредственное управление вариатором производится с помощью рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам автоматической коробки передач. В вариаторной коробке передач может быть реализована функция выбора фиксированных передаточных отношений (аналогичная функции Tiptronic).
Данная функция решает в основном психологическую проблему, связанную с использованием вариатора на автомобиле, а именно – негативное восприятие водителем постоянной частоты вращения двигателя при разгоне.
В ряде конструкций вариаторов функция имеет свое название: Sportronic у Mitsubishi, Autostick у Chrysler.
Принцип работы клиноременного вариатора заключается в согласованном изменении диаметров шкивов в зависимости от режимов работы двигателя. Диаметр шкива изменяется с помощью специального привода. В начале движения автомобиля ведущий шкив вариатора имеет наименьший диаметр (конические диски максимально разжаты).
Ведомый диск при этом имеет максимальный диаметр (конические диски максимально сжаты). При увеличении числа оборотов двигателя диаметр ведущего шкива увеличивается, а ведомого – уменьшается, соответственно и уменьшается передаточное число.
При дальнейшем разгоне вариатор поддерживает оптимальные обороты двигателя, при которых реализуется максимальная мощность и обеспечивается наилучшая динамика автомобиля.
Особенности конструкции тороидного вариатора
Тороидный вариатор включает два соосных вала со сферической (тороидной) поверхностью, между которыми зажаты ролики. Изменение передаточного числа в тороидном вариаторе производится за счет изменения положения роликов, а передача крутящего момента за счет сил трения между рабочими поверхностями колес и роликов.
Принцип работы и устройство CVT коробки передач
Сложно представить нынешние автомобили без автоматической кпп, но новинкой стало установка CVT кпп. Более известна как вариаторная коробка передач. Разновидности названия, как устроена и работа вариаторной коробки.
Содержание статьи:
Многие производители автомобилей стали выпускать как минимум несколько моделей, укомплектованных коробкой CVT. В простонародии она известная как вариаторная коробка передач или вариатор.
Устройства и механизмы CVT кпп
Если сравнивать уже известные коробки передач, чтоб понять, что оно такое вариатор, то система ближе по своему принципу работы и устройству к автоматическим коробкам передач. Чтоб передать крутящий момент или разъединить вариатор от агрегата машины используются разнообразные виды сцеплений.
Так для вариаторов Transmatic используется центробежное автоматическое сцепление. Для вариаторов типа Hyper используется сцепление электромагнитное, в основе которого лежит электронное управление.
Более сложный механизм CVT коробки с электронным управлением, на основе многодискового мокрого сцепления используется для вариаторов типа Multimatic и Multitronic. Самый последний это гидротрансформатор, его устанавливают на вариаторные коробки передач Xtronic, Autotronic, Ecotronic, Multidrive, Lineartronic и Extroid).
Не одним сцепление данная коробка отличается от другие уже известных кпп. Кроме вышеперечисленных устройств, для передачи от двигателя крутящего момента используются и другие механизмы. Как пример это:
- механизм для разъединения кпп от двигателя (более известное как нейтральное положение кпп);
- непосредственно сама коробка передач;
- дополнительный механизм для езды задним ходом;
- система управления комплексом механизмов.
На первый взгляд, казалось бы, сложного нечего нет, переключил рычаг коробки передач и езжай. Но если посмотреть подробно, то CVT коробка весьма сложный механизм. Рассмотрим более детально принцип работы трех видов вариаторных кпп.
Клиноременная CVT коробка передач
Как правило, в основе клиноременной CVT коробки передач лежит одна, очень редко две передачи на основе ремня. Главным элементом является клиновидный ремень, который соединяет два шкива.
Шкив из себя представляет конический диск, в паре шкивы раздвигаются или сдвигаются, в результате меняется диаметр.
Чтоб сблизить конусы используется центробежная сила, давление гидравлическое и пружины.
По технологии угол наклона конических дисков должен быть 20°. Благодаря такому наклону ремень с минимальным сопротивлением перемещается по поверхности шкива.
Минусом первых вариаторных кпп было их недолговечность. Первые варианты в среднем были рассчитаны на 50000 км., а это очень мало.
Получается, что двигатель отходи в два раза больше (как минимум), а коробку передач дважды понадобится ремонтировать.
Еще одним минусом была недостаточная гибкость, узкий диапазон и непредвиденные ситуации с резиновым ремнем.
Современные вариаторы куда сильней и долговечней. Вместо резинового ремня как раньше используется гибкий ремень, в основе которого лежат металлические полоски. Его изготавливают из нескольких полосок стали, которые связаны между собой с помощью вставок с фаской в виде бабочки.
Крутящий момент передается благодаря силе трения между ремнем и боковыми частями шкивов. По утверждениям производителей, такие ремни имеют большой срок эксплуатации, гибкость и низкий уровень шума. Именно такая металлическая конструкция детали дала путь в широкое применение CVT кпп в автомобильной промышленности.
Весь принцип работы клиноременной CVT кпп состоит в синхронном и правильном изменении диаметров шкивов зависимо от состояния работы двигателя. Специальный привод изменяет диаметр шкива.
По правилам, при старте движения ведущий шкив автомобиля имеет наименьший диаметр.
Во время набора оборот двигателя и ускорения автомобиля, шкивы меняют диаметр, так ведущий шкив становится больше в диаметре, ведомый шкив наоборот уменьшается в диаметре.
Тороидная CVT коробка
Сравнивая тороидную CVT коробку с предыдущими двумя типами, можно сказать, что этот вариант существенно отличается по конструкции. Вместо шкивов, в основе лежат сферических два соосных вала, между ними расположены (зажаты) ролики.
Меняя положение роликов, меняется и передаточное число в вариаторе. Крутящий момент передается за счет трения рабочих поверхностей роликов и валов. Детали изготавливаются из самой прочной стали, соответственно и цена автомобиля с такой кпп будет подороже, чем на основе ремня или цепки.
Плюсом такой CVT коробки считается долговечность и максимальная передача крутящего момента.
Видео принципа работы CVT коробки передач: