Коробка передач вариатор: устройство и принцип работы cvt

Вариатор — отдельный агрегат или встроенный в машину узел для плавного изменения передаточного числа. Вариатор обеспечивает оптимальный скоростной режим машины при различных условиях её работы.

Говорят, старую собаку нельзя научить новым командам.

Но вариатор — continuously variable transmission (CVT) или постоянно изменяющаяся трансмиссия, принципы которого Леонардо да Винчи сформулировал более 500 лет, сегодня вытесняет традиционную планетарную автоматическую трансмиссию в некоторых машинах.

Вот уж тот случай, когда старый пес освоил новые приемы. Действительно, начиная с 1886 года, когда был зарегистрирован патент на вариатор CVT, эта технология совершенствовалась и оттачивалась.

Сегодня многие производители автомобилей, включая General Motors, Audi, Honda и Nissan, разрабатывают трансмиссии по технологии CVT. Аббревиатура расшифровывается следующим образом — CVT (Continuously Variable Transmission), что можно перевести как трансмиссия с плавно изменяемым передаточным числом.

В данном компасе будет описано, как работает вариатор CVT в типичной заднеприводной машине, а также по ходу ответим на некоторые распространённые вопросы:

—насколько эффективен вариатор CVT по сравнению с обычной планетарной автоматической трансмиссией?—из чего он состоит и как эти части работают вместе?—какие преимущества и недостатки у вариатора CVT по сравнению с классическим автоматом?—какие впечатления производит бесступенчатая трансмиссия CVT на ходу?—какие производители используют CVT?—где используют вариаторы CVT кроме автомобилей?Во-первых, сравним вариатор CVT с традиционным автоматом.1490 – Леонардо да Винчи схематично изображает бесступенчатую трансмиссию1886 – первый патент на тороидный вариатор CVT1935 — Adiel Dodge получает патент США на тороидальный вариатор CVT1939 – появление полностью автоматической КПП на планетарной передаче1958 — Daf (Нидерланды) устанавливает первый вариатор CVT в машину1989 — Subaru Justy GL первый проданный в США автомобиль с вариатором CVT2002 — Saturn Vue дебютирует с вариатором CVT; первый Saturn с технологией CVT2004 — Ford начинает предлагать вариатор CVT

• Вариатор CVT: описание и принцип работыИстория вариатораВариатор CVT: автоматическая трансмиссия с вариатором. — Энциклопедия японских машин
• Клиноременной вариатор (CVT)

Если Вы читали нашу статью Как работает АКПП, то Вам известно, что основная задача автомата – позволить двигателю работать в узком диапазоне входных скоростей и получать широкий диапазон скоростей на выходе. Без трансмиссии машины ехали бы на одном передаточном числе, которое подбиралось бы исходя из желаемой скорости передвижения.

Если такая скорость была бы 120 км/ч, то передаточное число соответствовало бы 3-й передаче современной механики. Полагаем, что Вы никогда не пытались ездить только на 3-й передаче. А если попробовать, то станет очевидно, что машина совсем не ускоряется на средних оборотах, а на высоких скоростях двигатель ревет около красной зоны. Такая машина очень быстро бы поломалась.

Таким образом, трансмиссия максимально эффективно использует крутящий момент двигателя для работы на определенной скорости.В традиционном автомате шестерни передач буквально зацепляются. Комбинация планетарных передач создает все необходимые передаточные числа, обычно для 4-х передач вперед и одной задней передачи.

Когда осуществляется переключение передач в таком автомате, водитель чувствует легкие толчки при включении каждой передачи.

В отличие от традиционного автомата бесступенчатые трансмиссии не имеют внутри набора разных шестерен, что означает отсутствие зацепляющихся друг с другом зубчатых колес.

Самый распространенный вариатор CVT работает на замысловатой системе из шкивов, позволяющей реализовывать бесконечное количество передаточных чисел между максимальными и минимальными значениями без дискретных шагов или переключений.У вас может возникнуть вопрос, почему всё ещё слово «механика» употребляется в понятии вариатора CVT.

В целом если сказать, коробка переключения передач обращается к скорости карданного вала. Хотя вариатор CVT изменяет эту скорость без использования планетарной передачи, его принцип работы основан на низких и высоких передачах.

В следующем разделе будут рассмотрены различные типы вариаторов CVT: клиноременные, тороидные и гидростатические.

Если заглянуть внутрь автоматической трансмиссии, мы увидим сложный мир шестерен, тормозов, сцеплений и управляющих устройств. Постоянно изменяющаяся трансмиссия по сравнению с этим миром – сама простота.

Большинство вариаторов CVT состоят из трех основных компонентов:—очень прочный металлический или резиновый ремень—переменный «ведущий» шкив —выходной «ведомый» шкивВариатор CVT имеет также различные микропроцессоры и датчики, но первые три элемента выполняют всю основную работу.

Шкивы с изменяемым диаметром – сердце любого вариатора CVT. Каждый шкив состоит из двух 20-градусных конусов, расположенных лицом друг к другу. Ремень ездит в желобке между этими конусами. Ремни из резины выполняются в форме клина. Сечение такого ремня напоминает форму V и увеличивает коэффициент трения такого ремня о шкив.

Когда оба конуса расположены далеко друг от друга (диаметр увеличивается), ремень опускается ниже в желобе, а радиус петли ремня вокруг шкива уменьшается. Когда конусы сближаются (диаметр увеличивается), ремень поднимается в желобе, а радиус петли ремня вокруг шкива увеличивается.

Вариаторы CVT могут использовать гидравлическое давление, центробежную силу или напряжение пружин для создания усилия, необходимого для смещения конусов относительно друг друга.

Шкивы с переменным диаметром всегда идут парами. Один шкив является ведущим и соединяется с коленным валом двигателя. Ведущий шкив также называют входным шкивом, потому что именно через него энергия двигателя входит в трансмиссию. Второй шкив называют выходным шкивом, так как он передает энергию к карданному валу.

Расстояние между центром конусов и местом контакта желоба и ремня называется радиусом основания делительного конуса. Когда конусы расходятся, ремень опускается, и радиус основания делительного конуса уменьшается. Когда конусы сходятся, ремень поднимается, и радиус основания делительного конуса (далее радиус) увеличивается.

Соотношение радиусов основания делительного конуса ведущего шкива к ведомому определяет передаточное число.Когда один шкив увеличивает радиус, другой уменьшает свой радиус, чтобы поддерживать натяжение ремня. Изменение радиусов шкивов зависит друг от друга, что создает бесчисленное множество передаточных соотношений – от низкого до высокого и любого между ними.

Например, радиус ведущего шкива мал, радиус ведомого шкива велик, тогда уменьшается скорость вращения ведомого шкива, что приводит к “низкой” передаче. Когда радиус ведущего шкива велик, то радиус ведомого шкива мал, тогда увеличивается скорость вращения ведомого шкива, что приводит к “высокой” передаче.

Следовательно, в теории вариатор CVT реализует бесконечное число «передач» и может их выбирать в любое время на любой скорости двигателя и машины.Эта простота и бесступенчатая природа вариатора CVT делают его идеальной трансмиссией не только для машин, но для многих других технических устройств и орудий.

Вариаторы CVT используются во многих мощных инструментах и прессах для сверлильных станков. Их успешно применяют в тракторах, снегоходах и моторных скутерах. Во всех этих случаях трансмиссия работает при помощи резинового ремня высокой плотности, который может скользить и вытягиваться, что снижает его эффективность.

Применение новых материалов сделало вариатор CVT еще надежнее и производительнее. Важным шагом вперед стало использование металлических ремней для соединения шкивов. Эти гибкие ремни, состоящие из ряда (обычно 9 или 12) тонких стальных лент, фиксируют очень прочные пластины металла.

Металлические ремни не скользят и служат гораздо дольше, что позволяет вариатору CVT выдерживать больший крутящий момент двигателя. Они также тише, чем приводимые резиновыми ремнями вариаторы CVT.

Описание и принцип работы клиноременных вариаторов (CVT)

Другой вариант вариатора CVT – тороидная система вариатор CVT – заменяет ремни и шкивы на колеса и ролики.Эта система на первый взгляд кажется отличной от клиноременного вариатора, но все ее компоненты выполняют аналогичные функции и приводят к одному результату – к постоянно изменяющейся трансмиссии. Вот как она работает:

— Один диск соединяется с двигателем. Это эквивалент ведущего шкива

—Другой диск соединен с карданным валом. Это эквивалент ведомого шкива.—Ролики или колеса, расположенные между дисками, выполняют задачу ремней, передавая мощность с одного диска на другой.

Колеса могут вращаться вокруг двух осей. Они вращаются вокруг горизонтальной оси или наклоняются наружу или внутрь относительно вертикальных осей, что позволяет колесам соприкасаться с дисками в разных областях.

Когда колеса контактируют с ведущим диском около центра, они вынуждены контактировать с ведомым диском около обода, что приводит к уменьшению скорости и увеличению крутящего момента (то есть низкая передача).

Когда колеса контактируют с ведущим диском около обода, они вынуждены контактировать с ведомым диском около центра, что приводит к увеличению скорости и уменьшению крутящего момента (то есть высокая передача или овердрайв). Простой наклон колес непрерывно меняет передаточное соотношение механизма.

Клиноременный вариатор CVT и тороидный вариатор CVT – примеры фрикционных вариаторов CVT, которые работают за счет изменения радиуса контактных точек между двумя вращающимися объектами.

Но есть еще один тип вариатора CVT, известный как гидростатический вариатор CVT, который использует насосы переменного объема для варьирования потока жидкости в гидростатические моторы. В данном устройстве вращательное движение коленвала двигателя приводит в действие гидростатический насос.

Этот насос преобразует вращательное движение в поток жидкости. В свою очередь ведомый гидростатический двигатель на выходе преобразует поток жидкости обратно во вращательное движение.

Часто гидростатическую трансмиссию сочетают с планетарной передачей и сцеплением для создания гибридной системы, называемой гидромеханической трансмиссией. Гидромеханическая трансмиссия передает крутящий момент от двигателя к колесам тремя разными способами.

На малых скоростях мощность передается гидравлически, а на больших — механически. Между этими крайними положениями трансмиссия использует и гидравлику, и механику для передачи крутящего момента. Гидромеханическая передача идеальна для спецтехники в тяжелых условиях работы, например, в сельскохозяйственных тракторах.

Постоянно изменяющиеся трансмиссии становятся все более популярными не просто так. Их выделяют несколько преимуществ, которые нравятся и водителям и сторонникам экологии. Таблица ниже описывает ключевые черты и преимущества вариатор CVT.

—Постоянное, бесступенчатое ускорение от полной остановки до скорости трассы -Исключает «толчки переключения» – делает езду более гладкой—Позволяет двигателю постоянно находиться в оптимальной мощностной зоне независимо от скорости движения — улучшает расход топлива—Лучшая реакция на команды водителя, такие как изменение положения дроссельной заслонки и скорости — исключает поиск оптимальной передачи при потере скорости, особенно когда машина едет в гору.—Меньшие потери мощности в вариаторе CVT, чем в обычной автоматической трансмиссии — лучшее ускорение—Более оптимальные обороты двигателя на любой скорости — лучший контроль вредных выхлопов—Позволяет реализовывать автоматические версии механических трансмиссий — замена неэффективного гидротрансформатора

Ремонт вариатораСравнение коробок передачВариаторы. ФорумОписание вариаторов на различных автомобиляхВыбор КПП: механика, робот, АКПП, вариатор?

Статьи о CVT

Сначала машины с вариатором появились в Европе. Потребовалось много времени, прежде эта технология проникла на американский рынок. Первым автомобилем с вариатором CVT в США стал Subaru Justy.Продававшийся между 1989 и 1993 г. Justy так и не привлек внимание американских водителей.

Так что же нового появилось в машинах с последними типами вариаторов CVT – такими как Saturn Vue, Audi A4 и A6, Nissan Murano и Honda Insight? Лучшим способом ответить на этот вопрос станет «тест-драйв». Анимация ниже, сравнивает ускорение машины с вариатором CVT и без него, позволит вам понять работу двигателя.

Когда Вы давите на газ машины с постоянно изменяющейся трансмиссией, разница заметна сразу. Двигатель раскручивается до оборотов, на которых он производит максимальный крутящий момент, а затем просто остается на них. При этом машина не реагирует мгновенно.

Мгновение спустя трансмиссия включается, медленно и уверенно разгоняя машину без всяких переключений передач. По теории машина с вариатором CVT должна достигать отметки 100 км/ч на 25% быстрее машины с тем же двигателем и механической трансмиссией.

Ведь вариатор CVT преобразует каждую точку на графике работы двигателя в соответствующее значение своей кривой графика. Если взглянуть на график мощности машины без вариатора CVT, Вы поймете, что так и должно быть.

При всех своих преимуществах вариатор CVT имеет несколько недостатков. Первая, это проблема имиджа. Subaru Justy, например, прославился как слабая микро машинка.

Дело в том, что до недавнего времени клиноременные вариаторы CVT справлялись с ограниченным крутящим моментом и уступали в этом показателе механике и традиционным автоматом.

Развитие технологии поднимает вариаторы CVT на уровень мощных машин — Nissan Murano с вариатором CVT справляется с двигателем V6 3.5 л, 245 л.с. – однако инерция мышления клиентов требует время для привыкания к новому агрегату.

Компас основан на статье с сайта www.howstuffworks.com

Источник: http://znamus.ru/page/variator

Вариаторная коробка передач. Вариатор CVT — устройство, принцип работы

Что такое вариатор? Вариатор – это механический узел, предназначенный для передачи усилия двигателя бесступенчато к ведущим колесам. В некотором смысле его можно назвать автоматической коробкой передач, но с совершенно другим принципом передачи крутящего момента.

Классический вариатор — это два раздвижных шкива, соединённых клиновидным ремнем. Вариатор, применяемый в автомобилях, является более сложным устройством, потому что существует необходимость введения «задней скорости» и пониженных передач. В состав вариатора марки CVT (клиноременный вариатор) входят следующие устройства:

• Раздвижные шкивы – представляют собой две клиновидные «щеки» на одном валу. Приводятся в действие гидроцилиндром, который сжимает диски в зависимости от оборотов, или по управляющему сигналу от блока управления.
• Клиновидный ремень – изготовлен из двух металлических лент, на которые нанизываются металлические пластинки специальной формы. Элементы располагаются плотно друг к другу, верх пластинки выполнен в виде конуса, а в основании имеются пазы, куда вставляются металлические ленты (для клиноременных вариаторов).
• Гидротрансформатор – устройство преобразования и передачи крутящего момента, а также плавного начала движения. Более подробное описание в разделе АКПП.
• Дифференциал – устройство распределения крутящего момента на ведущие колеса.
• Планетарный механизм задней передачи – устройство, для обеспечения вращения вторичного вала в обратном порядке.
• Гидравлический насос – устройство, которое приводится в действие гидротрансформатором и предназначено для создания давления рабочей жидкости. Давлением приводятся в действие исполнительные устройства (гидроцилиндры).
• Блок управления – микропроцессорное устройство для управления исполнительными устройствами вариатора, в зависимости от сигналов, подаваемых с датчиков (местоположения коленвала, контроля расхода топлива, ABS, ESP и др.).

Существуют вариаторы не только с ременным приводом (вариатор CVT), но и цепным. В основном применяется в автомобилях Audi. Крутящий момент передается, так же как и в CVT, только диски сжимают цепь, которая имеет клиновидные оси звеньев. Цепь передает усилие тянущее, а не толкательное как ремень.

Следующий тип вариатора – торовый. В состав такого вариатора входят два клиновидных диска. Один диск является ведущим, второй – ведомым. Между дисками находится ролик, который может перемещаться в вертикальном направлении и вращаться горизонтально вокруг своей оси. Таким образом, ролик может соприкасаться с разными радиусами дисков.

При соединении ролика с малым радиусом ведущего диска и с большим ведомого, получается низшая передача. Если наоборот – высшая. Прямая передача – это момент соприкосновения ролика с одинаковыми радиусами дисков. Но такой вариант вариатора не получил большого распространения из-за дороговизны и применения специальных смазывающих материалов.

Мы же рассмотрим работу самого популярного у автопроизводителей клиноременного вариатора.

При увеличении оборотов двигателя приводится в действие гидротрансформатор, который передает крутящий момент на первичный вал. На первичном валу установлен ведущий шкив и при воздействии на него гидроцилиндра, «щеки» начинают сходиться, что приводит к увеличению трения между ними и клиновидным ремнем.

Далее под действием трения усилие передается на ведомый шкив, который соединен с вторичным валом. «Щеки» ведомого шкива в этот момент максимально сведены, то есть получается низшая передача. Далее при развитии оборотов происходит смена диаметров ведущего и ведомого шкивов.

Передаточное число увеличивается максимально.

Ведомый вал вращает дифференциал, к которому присоединены полуоси ведущих колес. Задняя передача обеспечивается подсоединением к ведомому валу планетарного механизма, который и обеспечивает реверсивное движение ведомого вала.

Обеспечивает управление диаметрами шкивом электронная система управления, она же включает, по средствам актуаторов заднюю и пониженную передачу. Как видим, при использовании вариатора нет резких рывков при переключении, обеспечивается более плавный ход и экономия топлива, так как электроника выбирает оптимальный режим оборотов двигателя и передаточное число шкивов. Но уже и не полихачишь!

Но нарекания водителей, у которых появились автомобили с вариатором, были в отсутствии характерного урчания двигателя при смене передач как в механической коробке передач. Конструкторы нашли выход – применили псевдо-ступенчатое переключение передач, применив селектор выбора передач.

Так, при трогании с места водитель включает первую передачу движения вперед и нажимает на акселератор, затем после достижения определенных оборотов, двигая селектор, включает вторую передачу и т.д.

Достигается такое переключение программированием блока управления на фиксированные передаточные числа шкивов. Но возможен переход в полный автоматический режим, в этом случае электроника все выполнит сама.

Для включения пониженной передачи селектор переводится в определённое положение и блок управления не включает повышенные передачи, независимо от оборотов работы двигателя.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Источник: http://autoustroistvo.ru/transmissiya/variator/

Что такое вариатор (CVT): типы, конструкция, преимущества и недостатки

Автомобильный прогресс, с одной стороны, усложняет устройство автомобиля, но с другой – облегчает его эксплуатацию. Так, например, была создана коробка-автомат, которая не требовала управление сцеплением. Вариатор (CVT) стал следующим шагом в удобстве управления трансмиссией.

О надёжности вариатора давно спорят автознатоки. Одни обвиняют его в крайней непрочности, мол, не ходит такая КПП долго. Другие же считают, что при нормальной эксплуатации вариатор вполне способен отслужить столько же, сколько сам автомобиль. Рациональное зерно в своих доводах имеют оба лагеря, поскольку вариатор совершенствуется, и новые модели давно превзошли первые экземпляры этой КПП.

Что такое вариатор и чем он отличается от классической АКПП

Говоря коротко, вариатор – это автоматическая трансмиссия с бесступенчатым переключением передач.

Его основное назначение – плавно и мягко переходить с одной передачи на другую, без рывков и отчетливых «отщелкиваний», при этом сохраняя оптимальную динамику разгона и минимальный расход топлива.

Собственно, вариатор и создавался как средство экономии, поскольку в цивилизованном мире фактор экологичности давно является основным приоритетом развития транспортных средств.

Классическая АКПП Вариатор

В остальном принцип действия совершенно разный: в «автомате» передачи подключаются с помощью планетарных редукторов, которые присоединяются к работе постепенно по мере надобности. Чтобы подключить очередную передачу, двигатель нужно сначала разогнать до нужной скорости, а это лишний расход топлива.

В вариаторе же передачи реализованы с помощью клиновидных шкивов и ремня (цепи), вообще без присутствия шестерен в главном механизме.

Устройство вариатора

Конструкция вариатора намного проще, чем привычные нам коробки передач.

Устройство вариаторной коробки CVT

В основе лежит принцип клиноременной передачи с изменяемым диаметром шкивов:

1. Каждый шкив состоит из двух конусов, направленных вершинами друг к другу;
2. Ремень (цепь) охватывает оба шкива, передавая момент вращения с ведущего шкива на ведомый, то есть от первичного вала на вторичный;
3. При необходимости конусы шкивов могут раздвигаться и сдвигаться. В результате ремень либо перемещается ближе к оси вращения, либо удаляется от нее, а диаметр шкива (и соответственно передаточное число) становится больше или меньше;
4. Подключение вариатора к двигателю реализовано с помощью гидротрансформатора или пакета фрикционных муфт. В обоих случаях сцепление не требует управления, поскольку задействуется только на старте, а переключение передач не требует участия водителя;
5. Для реализации заднего хода предусмотрен реверс – механизм планетарной передачи, меняющий направление вращения ведомого вала;
6. Для блокировки КПП во время стоянки предусмотрен храповик;
7. Управление шкивами осуществляется с помощью гидравлической системы, состоящей из насоса, клапанов, гидроцилиндров и фильтра.

Ремень или цепь вариатора представляют собой гибкую конструкцию, собранную из множества отдельных пластин. Форма и размер этих элементов подобраны для максимально эффективного сцепления со шкивами.

Надежность ремня или цепи будет достаточной, если вовремя их менять.

Отдельно нужно сказать о масле для вариатора. Оно выполняет две функции, противоположные по свое сути: смазывает механизм вариатора для уменьшения износа и обеспечивает сцепление ремня со шкивами, то есть трение в пятне контакта. Есть и третья задача – передавать крутящий момент от двигателя к коробке через гидротрансформатор.

Жидкость CVT рассчитана на работу при температуре до 70 градусов, но высокие нагрузки (скорость, пробуксовки, езда по бездорожью) вызывают ее перегрев, ухудшают свойства и сокращает ресурс. Для охлаждения часто используется специальный радиатор, а для отсеивания продуктов износа механизма предусмотрены фильтры.

Своевременная замена масла и фильтров – один из необходимых факторов долгой и счастливой жизни вариатора.

Дополнительные устройства, которые связаны с вариатором:

1. Дифференциал. Как и в случае с другими коробками передач, дифференциал распределяет момент вращения на ведущие колеса автомобиля;
2. Гидравлическая система управления конусами шкивов. Состоит из гидроблока и гидронасоса, подающего давление;
3. Управляющая электроника, в том числе электронный блок управления (ЭБУ) и разнообразные датчики.

Виды вариаторов и их принцип работы

Ниже, на видео-уроке, подробно показано и описано принцип работы типового вариатора, посмотрев который Вы лучше начнете понимать работу CVT.

Описанный выше принцип работы относится к классической конструкции клиноременного вариатора. Их есть две разновидности:

1. Собственно клиноременный, у которого для передачи вращения используется стальной ремень;
   Клиноременный вариатор
2. Цепной, устроенный по тому же принципу, но в качестве передаточного элемента использована стальная цепь.

Цепной вариатор

Пока что клиноременный самый перспективный вид вариаторов, который постепенно совершенствуется.

Есть и третий тип, в котором передача момента вращения реализована совершенно другим способом – тороидный (тороидальный) вариатор.

Тороидный вариатор

У тороидного вариатора передача вращения от двигателя на первичный вал происходит с применением другой схемы:

Схема работы тороидного вариатора

1. Два конуса, направленные остриями друг к другу, подсоединены к ведущему и ведомому валу;
2. Передача момента вращения происходит через ролики, соединяющие эти два конуса;
3. Ролики могут перемещаться вдоль оси вращения конусов, скользя по их поверхности, продвигаясь ближе или дальше от их вершин;
4. Повышение и понижение передачи происходит за счет контакта роликов с меньшим или большим диаметром вращения, а значит, передаче более быстрого или медленного вращения на ведомый вал.

Ниже, наглядный видео-урок, по принципу работы тороидного вариатора, очень доступно и понятно.

В настоящее время клиноременные виды вариаторов совершенствуются более активно, чем тороидные, и их чаще можно встретить установленными на автомобиле. Если не появятся новые типы конструкции, именно клиноременные вариаторы будут постепенно развиваться в сторону большей надежности, выносливости и удобства.

Плюсы и минусы вариатора

Поклонники вариаторной коробки передач ценят ее за такие преимущества:

1. Простота. Конструкция CVT проста, как всё гениальное. После современных АКПП и роботизированных DSG коробок, это просто находка для любителей простых решений;
2. Плавный старт. Тронуться с места будет легко даже новичку, в отличие от других типов трансмиссии;
3. Отсутствие передач. Без использования ступенчатого механизма изменение передач происходит без рывков;
4. Оптимальная динамика разгона. Автомобиль с вариатором намного проще набирает скорость, в отличие от АКПП и МКПП;
5. Поддержание скорости движения на разных типах местности. Например, автомобиль не снизит скорость при подъеме в горку. Сохранение скорости движения происходит за счет плавного повышения или понижения передачи;
6. Вариатор не замерзает. Значит, легче будет запустить его зимой, когда автомобиль ночевал на морозе под открытым небом. Он тоже требует прогрева, как и другие КПП, просто времени это занимает меньше;
7. Экономия топлива. Это то, ради чего вообще создавалась вариаторная трансмиссия – экономия ресурсов, в том числе уменьшение токсичных выбросов;
8. Невысокая цена по сравнению с современными АКПП и DSG.

Недостатки у вариатора тоже есть, поскольку этот вид трансмиссии находится еще в самом начале своего развития. Чем плох вариатор:

1. Регулярное ТО. Во-первых, нужна периодическая замена трансмиссионной жидкости, причем покупать придется специальную, с пометкой CVT. А во-вторых, ремень имеет достаточно короткий ресурс и требует замены каждые 60 тыс. км;
2. Ограничения по нагрузкам. До недавнего времени вариаторы ставились только на маломощные двигатели. Они не предназначены для резких стартов с пробуксовкой, это не спортивная трансмиссия. К тому же, нельзя буксировать автомобиль с вариатором. Если автомобиль сломался, доставить на СТО его можно только на эвакуаторе, но не «на галстуке». Причина – недостаточная прочность основного ремня (цепи);
3. Медленная работа. Некоторые модели вариаторов заметно «тупят» при изменении оборотов, так что на 1-2 секунды отстают от нажатия педали газа;
4. Не все СТО берутся его обслуживать. Найти умельцев, способных отремонтировать вариатор, довольно сложно. Мастера предпочитают не связываться с этой коробкой передач, а заниматься более привычными «автоматом» и «механикой»;
5. Вариаторы подходят в основном только для города. Спорт и экстрим не для них.
6. Сложная электроника. Если хоть один датчик, регулирующий работу вариатора, выйдет из строя, откажет и сам вариатор. А датчиков там много! Не слишком радужная перспектива – остаться посреди улицы ждать эвакуатор.

Несмотря на недостатки (а где их нет?), вариатор (CVT) остается очень прогрессивным типом трансмиссии. Совершенствование конструкции уже позволяет ставить его на достаточно мощные моторы и давать большие нагрузки. Конечно, никуда не делась необходимость обслуживать эту коробку передач, но ведь и двигатель требует внимания, и с этим уже все смирились.

Так что рассуждения о том, сколько ходит такая АКПП, постепенно остаются в прошлом: вариаторы становятся всё более надежными. Иногда покупатели отказываются от автомобиля только на основании того, что на нем установлен вариатор. Плюсы и минусы этой трансмиссии уже понятны, остается только выбрать то, что по душе.

Источник: https://VazNeTaz.ru/variator-cvt

Вариатор: устройство, виды, принцип работы вариаторной коробки передач

Вариатор или вариаторная КПП представляет собой бесступенчатую трансмиссию, позволяющую автоматически регулировать передаточное число для преобразования крутящего момента, передаваемого от двигателя на колеса автомобиля.

Как правило, вариаторные КПП устанавливаются на легковых авто, квадроциклах, мотороллерах и снегоходах. Если мы говорим об автомобилях, то в большинстве случаев они  могут оснащаться клиноременным или тороидным (были попытки, но на сегодняшний день все они, похоже, прекращены) вариатором.

Да, вариаторы были изобретены очень давно, еще в 19 веке, но их не использовали из-за того, что наиболее простую конструкцию имеет клиноременный вариатор, но у него проблема всегда были, и остается до сих пор, но об этом чуть позже.

Устройство вариатора

Конструкция вариаторной коробки передач достаточно проста и состоит из следующих деталей и механизмов:

• раздвижные шкивы – щеки, клиновидной формы, которые расположены на валу;
• механизм для обеспечения вращения колес и установки рычага акселератора в нейтральном положении;
• механизм для переключения заднего хода;
• система управления

Вообще, видов вариаторов придумано достаточно много, порядка десяти, но реальную путевку в жизнь, по всей видимости, получит только клиноременный вариатор и его модификации такая, как, например, клиноцепной вариатор.

Схема: Audi AG

Клиноременный вариатор

Для начала рассмотрим устройство клиноременного вариатора, как одной из самых перспективных КПП в будущем. Такой тип вариатора представляет собой соединенные ремнем шкивы и, собственно, все.

Простота конструкции, ее дешевизна и весьма неплохая надежность — все это плюсы клиноременного вариатора, добавьте сюда максимальную эффективность работы двигателя, да еще и обеспечивает экономию топлива по сравнению с механической КПП и АКПП при одинаковой динамике езды.

Полагаю, теперь понятно, почему вариаторам прочат отличное будущее. Но не все так безоблачно. Есть в вариаторе проблемы, которые решаются до сих пор…

Надежность ремня

Ремень испытывает большие нагрузки, поэтому он должен быть очень прочным. До недавнего времени ремень для вариаторов изготавливался так же, как и все остальные ремни, используемые в двигателе для привода различных систем, он был матерчато-резиновым.

Естественно, что он не мог долго воспринимать серьезные нагрузки. Ремень растягивался, рвался довольно быстро, поэтому вариаторы ставили только на маломощные двигатели.

Но потом придумали стальной клиновидный ремень и ремень в виде цепи, что позволило использовать вариаторы на довольно мощных автомобилях, например, Nissan выпускает с вариаторами автомобили с мощностью двигателя 262 л.с., что для большинства автолюбителей, учитывая наши налоги на автомобиль, запредельная мечта.

• Устройство стального ремня для вариатора
• Вариаторная цепь
• Высокий температурный режим работы
• Зацепление ремня и шкивов в вариативной коробке происходит за счет сил трения, а это, как все мы знаем, приводит к повышению температуры.
• До сравнительно недавнего времени не было технологий, чтобы сделать шкивы и стальной ремень достаточно прочными, чтобы они не разрушались в местах контакта.

В добавок к этому было изобретено специальное масло, которое не снижает трение, а наоборот, увеличивает его. Это необходимо для того, чтобы ремень не проскальзывал, а цеплялся за шкивы.

1. Помимо этого высокая температура оказывает негативное воздействие на электронный блок управления и частенько, к сожалению, выводит его из строя.
2. Очень много грязи
3. Ввиду того, что в вариаторе постоянно трутся с большим усилием ремень и шкивы, то очень быстро накапливаются частички металла, которые сильно загрязняют масло.

Грязное масло, как вы понимаете, начинает разрушать, по сути, всю коробку. Эта проблема решается установкой фильтров, очищающих масло.

Пока вариаторы все же уступают в надежности механике и автоматам, но, тем не менее, компании не прекращают попыток усовершенствовать их, поскольку уж очень заманчивы их плюсы.

Вариаторы, которые сейчас устанавливаются на Nissan при умеренной езде и своевременном техническом обслуживании способны проходить 200.000 км, что не так уж и мало, если разобраться.

Итак, вернемся к работе вариатора клиноременного типа…

Для соединения шкивов применяется клиновидный ремень, состоящий из тонких полос, изготовленных из металла и связанных между собой специальными пластинками. Вращающий момент достигается благодаря трению, которое возникает между поверхностями шкива и ремня.

На колеса в современных вариаторах вращение передается с помощью гидротрансформатора и  дифференциала.

Включение задней передачи на вариаторе выполняется при помощи планетарки заднего хода. Блок управления предназначен для реализации основных функций вариаторной КПП – управления сцеплением, осуществления контроля над работой редуктора, изменения положения шкивов с учетом рабочих режимов двигателя.

Как уже ранее упоминалось, различают два вида приводных вариаторов – клиноременный и клиноцепной.

Клиноцепной вариатор оснащается цепью, состоящей из металлических звеньев (или пластин), соединенных осями клиновидной формы. Подобная конструкция цепи является более гибкой и эффективной для преобразования и передачи вращательного момента на колеса.

Если в клиноременном вариаторе, вращение колес обеспечивается за счет толкательного усилия, то в клиноцепном вариаторе – благодаря тянущему усилию.

Клиноцепные вариаторы использует на своих автомобилях Audi и Subaru.

Тороидный вариатор

Такой тип вариатора состоит из двух валов (дисков, похожих на бублик) клиновидного типа, один из них является главным, другой – ведомым. Между валами расположены ролики, совершающие передвижения в вертикальном направлении, а также вращения в горизонтальном направлении вокруг собственной оси.

Передаточное число в вариаторе данного вида изменяется за счет выбранного положения роликов, а также их радиусов. Иными словами, когда ролик соединяется с маленьким радиусом главного вала и большим радиусом второстепенного вала – происходит переключение на низкую передачу.

Сложная конструкция и отсутствие технологий и материалов, способных выдержать нагрузки в таком устройстве пока заставили производителей отказаться от этого вида вариаторов, но такие автомобили существовали в реальности и выпускались массово, например Nissan Cedric.

Принцип работы вариатора

• Принцип работы вариатора понять очень просто, если вы хотя бы раз катались на горном или спортивном велосипеде, имеющем по несколько звездочек у педалей и на заднем (приводном) колесе.
• Вы наверняка знаете, что если у педалей перекинуть цепь на самую маленькую звездочку, а на колесе выбрать самую большую, то педали крутятся очень легко, можно взобраться в почти любую гору, но при этом невозможно сильно разогнаться.
• Для разгона необходимо сделать все наоборот:  у педалей цепь перекинуть на самую большую звездочку, а на колесе – на самую маленькую.
• Это будут два крайних режима работы передачи, а все остальные комбинации промежуточные.

Теперь представьте, что звездочки слились в конус, а цепь превратилась в ремень, перекинутый через эти конусы. Вот и получился вариатор, а принцип работы остался неизменным.

1. Изменение диаметров конусов (шкивов) на ведущем и ведомом валах позволяют изменять скорость автомобиля.
2. В процессе езды вариатор только поддерживает наиболее подходящие обороты автомобильного двигателя для обеспечения выбранной скорости движения и динамических показателей автомобиля, что и позволяет экономить топливо.
3. Для наглядности пара видео с Youtube:

Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?

Для начала запишитесь на тест-драйв и прокатитесь на каком-нибудь автомобиле с вариатором. Если вам понравится то, как этот автомобиль набирает скорость, как он управляется, то задуматься о машине с вариатором стоит.

Зная, что у вариаторов до сих пор есть проблемы с долговечностью, то приходит в голову мысль о том, что если машина новая или прошла совсем немного, то брать ее стоит. Если же пробег у автомобиля более 50000 км, то уже стоит задуматься.

Стоит так же учесть и условия эксплуатации автомобиля. Если вы ездите по хорошим дорогам, не перегружаете автомобиль, не используете его в качестве такси, то взять вариатор и насладиться его преимуществами можно.

Если же вашему автомобилю суждено испытывать различного рода перегрузки, то лучше присмотреться к автоматической или механической коробке передач.

Источник: https://autodromo.ru/articles/variator-ustroystvo-vidy-princip-raboty-variatornoy-korobki-peredach

Устройство автомобиля: вариатор

Многие производители наряду с механическими, автоматическими и роботизированными коробками переключения передач предлагают своим клиентам трансмиссии вариаторного типа

• В салоне припаркованного автомобиля вариатор легко перепутать с обычным автоматом или роботизированной коробкой – отсутствует педаль сцепления, селектор напоминает классический рычаг «автомата» — но на ходу почти сразу становится понятно, что это совершенно другая система.
• При этом не только по особенностям поведения автомобиля вариатор стоит особняком: относительно высокая цена, фактическая непригодность к ремонту и множество окружающих клиноременные КПП ограничений – всё это заставляет удивляться, зачем же их нам предлагают обычно не склонные к необдуманным решениям автопроизводители?
• Попробуем разобраться.

Зачем нужен вариатор

Двигатель внутреннего сгорания проявляет себя по-разному в зависимости от оборотов, на которых работает: так, максимальный крутящий момент реализуется на одних оборотах, а максимальная мощность на других – причем в диапазоне, редко используемом, например, при городской езде. И почти наверняка расход топлива в этих режимах работы двигателя не будет оптимальным (хотя, справедливости ради, нужно отметить, что расход зависит от множества факторов помимо числа оборотов двигателя).

Любая коробка передач нужна в автомобиле в первую очередь для того, чтобы изменять в широком диапазоне крутящий момент  — а следовательно, и тяговое усилие и скорость вращения колёс  автомобиля. При этом получает коробка передач этот крутящий момент с коленчатого вала двигателя, имеющего четко ограниченный рабочий диапазон.

При разгоне, когда нам нужна максимальная динамика, мы уводим двигатель в режим повышенных оборотов и стараемся в нем оставаться, пока необходимость в максимально быстром ускорении не отпадёт. При плавном ускорении на загородной трассе мы так же будем переключаться по мере необходимости.

Именно по этой причине для более полного использования возможностей двигателя выгодно внедрить большее число «коротких» ступеней с узким рабочим диапазоном – чем сейчас и занимаются производители традиционных трансмиссий – но этот подход неизбежно ведёт к увеличению стоимости, сложности и веса коробки передач.

Принципиально же иной подход к этому вопросу состоит в разработке системы, позволяющей в заданном диапазоне передаточных чисел бесступенчато изменять передаточное число трансмиссии. Именно такой системой и является вариатор.

История

Первые наброски бесступенчатой вариаторной трансмиссии (СVT – Continuous Variable Transmission – Постоянно Изменяемая Трансмиссия) можно найти в работах Леонардо да Винчи, датированных примерно 1490 годом. Неизвестно, нашёл ли применение тогда этот принцип, но в Европе к теме вернулись уже в 19 веке – в 1886 году выдан европейский патент на тороидальный вариатор.

В 1910 году мотоцикл Zenith с патентованной вариаторной трансмиссией Gradua-Gear настолько успешно участвовал в гонках Hill Climb, что трансмиссии подобного типа были запрещены в этих гонках для сохранения конкурентоспособности традиционных КПП.

В 1912-ом на мотогонках Tourist Trophy та же судьба постигла британцев Rudge-Whitworth с их системой Rudge Multigear. Официальная формулировка также содержала отсылку к необходимости поддержания интриги в гонке.

История вариатора на легковом автотранспорте начинается с 1928 года. Именно тогда третий по величине британский автопроизводитель Clyno Engineering Company устанавливает на автомобиль вариаторную трансмиссию собственной разработки – впрочем, не очень надёжную и эффективную ввиду отсутствия на тот момент необходимых технологий и материалов.

В 1958 году голландский производитель DAF, ныне известный нам по грузовым автомобилям, презентовал легковую машину DAF 600 с вариатором собственной конструкции Variomatic, которая после приобретения патентов компанией Volvo стала называться VDT (Van Doorne Transmissie– в честь владельца компании DAF Губерта Ван Дорна, самостоятельно разработавшего систему). Машина была интересна ещё и тем, что обеспечивала возможность торможения двигателем – для перевода трансмиссии в этот режим достаточно было переключить тумблер на приборной панели. Именно DAF является первым массовым автомобилем с вариаторной трансмиссией.

В конце 80х годов доработанный японскими инженерами вариатор продолжил наступление в нише компактных автомобилей. Знаковым автомобилем стала нацеленная в том числе на американский рынок Subaru Justy с электронным управлением вариатором. Несмотря на ограниченную популярность модели, вариаторы на автомобилях марки продолжали использоваться и в дальнейшем.

Nissan, также начавший эксперименты с бесступенчатыми трансмиссиями на малолитражке March в 1990х, в итоге стал устанавливать на полноразмерные автомобили – примером тому была Nissan Altima с 3,5 литрами под капотом.  До того одним  из недостатков вариатора считалась именно неспособность работать с большими крутящими моментами.

В результате непрерывного совершенствования вариаторов сегодня мы можем наблюдать надежно работающие вариаторы как на мощных Nissan и Audi, так и на конструкциях, далеких от автомобильного мира: например, трансмиссия вариаторного типа ставится на японский основной боевой танк Type 10 весом в 48 тонн и мощностью силовой установки 1200 л.с.

Принцип работы вариатора

Простейший конусный вариатор Эванса содержит два параллельных шкива конической формы, вершины конусов при этом направлены в противоположные стороны. Вращение с одного шкива на другой передаётся ремнем.

Если сдвинуть жесткий ремень на приводном конусе в сторону его основания, то для сохранения своей длины ремень сдвинется и на втором конусе, но за счет разнонаправленности конусов – на более узкий его участок. При этом передаточное число по мере движения приводного ремня будет плавно увеличиваться.

Чаще всего встречающийся в современных автомобилях клиноременной вариатор отличается в деталях от описанной схемы, но принцип, лежащий в основе данных устройств – общий: плавное изменение передаточного числа путём изменения диаметра приводного шкива.

Техническое устройство вариаторной трансмиссии

В клиноременном вариаторе каждый приводной шкив состоит не из одного, а из двух усеченных конусов, направленных друг на друга.

Между ними зажат ремень клиновидного сечения, который при движении этих «полушкивов» навстречу друг другу буквально выдавливается на внешний радиус приводных конусов и одновременно переходя на меньший радиус ведомого вала.

Плавной и согласованной регулировкой расстояния между полушкивами – а, как следствие, и выбранного передаточного отношения- в современных автомобильных вариаторах занимается электроника.

Помимо электронного управления, в современную вариаторную трансмиссию входит и устройство, обеспечивающее возможность движения задним ходом (чаще всего для этого используется планетарная передача) и узел, компенсирующий отсутствие в вариаторе нейтральной передачи. Производители используют в этом качестве почти все типы сцепления из присуствующих на рынке:

• гидротрансформатор (используется чаще всего), встречается на вариаторах Autotronic (Мерседес), Ecotronic (Форд), Extroid и Xtronic (Ниссан; первый чаще встречается на дорогих авто, второй — в бюджетном сегменте), Lineartronic (Субару), Multidrive (Тойота).
• многодисковое сцепление моктрого типа используется в вариаторах Multitronic (Хонда), Multimatic (Ауди)
• электромагнитное сцепление с электронным управлением встречается на системах Hyper (Ниссан)
• центробежное автоматическое сцепление ставится на вариаторы Transmatic (старые ДАФ, Форд и Фиат)

Также некоторыми производителями активно используются тороидальные вариаторы, где ремня нет, а функцию передачи крутящего момента от одного вала к другому выполняют ролики разной формы.

Наиболее известен двойной тороидальный вариатор Extroid CVT, который ставился на мощные топовые модели Nissan.

К сожалению, высокая стоимость и малая распространенность данного типа вариатора не позволяет считать его конкурентом традиционной клиноременной системы.  

Виды ремней вариатора

Главная технически сложная деталь клиноременного вариатора – это, собственно, ремень. Он должен быть крайне жестким и одновременно гибким – чтобы, будучи зажатым гидравликой в приводе иметь возможность работать на разных диаметрах шкивов.

Категорически нельзя ему сжиматься или растягиваться. Простые автомобильные ремни – наподобие ремня генератора или газораспределительного механизма – под такие требования не подходят (хотя в вариаторе снегохода, например, используется именно резинотканевый ремень).

Чаще всего в автомобильных вариаторах встречается наборный металлический ремень близкого к треугольному сечения.

Впрочем, иногда проблемы передачи большой мощности с помощью вариатора решают применением вместо ремня широкой цепи, входящей в зацеп с половинами приводных шкивов своими боковыми частями.

Дополнительное сцепление цепи, как и в клиноременном вариаторе, обеспечивается специальной трансмиссионной жидкостью, меняющей свою вязкость под давлением в точке контакта ремня и полушкива.

Эта жидкость дороже обычного трансмиссионного масла и крайне важна для вариатора.

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

Несмотря на наличие в системе ремня, назвать его расходником нельзя – большая часть производителей даёт на свои вариаторы гарантию в 150-200 тысяч километров. При этом несвоевременная замена жидкостей, выезды на бездорожье, резкие нагрузки и удары неизбежно приводят к снижению срока эксплуатации узла – о чем те же производители часто «забывают» написать.

Иногда для продления этого срока замену ремня и валов произвести возможно, но чаще узел заменяется в сборе. Основная беда вариатора заложена конструктивно – цепь или ремень, растянувшийся ввиду неправильного обслуживания или эксплуатации, начинает проскальзывать на шкивах, образуя на них задиры.

Со временем даже небольшое разрушение ремня вариатора приводит к катастрофическим последствием для всех узлов вариатора. Помимо этого могут вызвать гибель трансмиссии и проблемы с датчиками скорости или шаговым мотором, управляющим всей системой. Иногда от продолжительного движения на высоких скоростях могут отказать подшипники полушкивов.

Также вариаторы, изначально созданные под спокойную езду, плохо переносят резкие старты ввиду повышенной нагрузки на ремень/цепь. Отсюда же вытекают ограничения по буксировке как других автомобилей, так и прицепов, что в принципе – не проблема, если речь идёт о небольшом автомобиле.

Кстати, о буксировке автомобиля с вариатором тоже следует сказать отдельно – для этого придётся включать двигатель, чтобы приводной ремень в вариаторе смазывался в движении – но ещё лучше вообще отказаться от буксировки авто на тросе. Вариатор, как система, в немалой степени зависящая от трения, склонен к перегреву при эксплуатации в снегу или на бездорожье.

Вне дорог автомобиль с вариатором эксплуатировать вообще не стоит – ударные нагрузки и проскальзывание колес смертельно опасны для ремня вариатора. Все эти технические недостатки постепенно преодолеваются. Сложнее с другим –восприятием водителем вариатора, как некорректно работающего устройства традиционного типа.

При необходимости резкого ускорения вариатор, до того находившийся в режиме минимального расхода топлива, сначала дожидается смены режима работы двигателя на оптимальный для разгона. При этом он постоянно меняет передаточное число, чтобы не мешать двигателю перенастраиваться.

Разгон получается оптимальным, но ускорение без привычного изменения тембра работы двигателя с набором скорости рождает заставляет неискушенного пользователя подозревать автомобиль в некорректной работе узлов и отсутствии динамики.

Именно для борьбы с этим субъективным восприятием поведения автомобиля с вариатором производители идут на всяческие ухищрения: добавляют лепестковые подрулевые переключатели виртуальных передач (например, в системе Sportronic у Mitsubishi), изменяют программы управления разгоном так, чтобы выход на оптимальные обороты двигателя происходил постепенно. По сути всё это – скорее дань человеческому консерватизму и маркетинговый компромисс – характеристики авто при этом, пусть и незначительно, но страдают.

Ровно по этой же причине рычаг управления режимами вариатора на многих автомобилях до сих пор стилизуют под рукоятку АКПП, хотя можно было бы обойтись и рядом кнопок.

Быть или не быть вариаторам

КПД трансмиссий вариаторного типа – едва ли не выше, чем у всех конкурентов и составляет 75%. При этом необходимо понимать, что одновременно получить рекордную экономичность и непревзойдённую динамику одной лишь установкой вариаторной трансмиссии – невозможно.

Источник: http://www.MotorPage.ru/infocenter/autoconstruction/variator__besstupenchataja_transmissija.html