Достоинства и недостатки вариатора
Любое изобретение имеет какие-то недоработки, не стал исключением и CVT. Его слабые стороны пытаются устранить, а пока они существуют, стоит о них знать:
- Такие коробки передач не устанавливают на мощные авто, хотя уже есть несколько экземпляров именно с ними.
- Ремонт CVT требует больших материальных затрат, и к тому же его осуществляют не на всех СТО. Очень сложно найти специалиста, который бы хорошо разбирался в устройстве данного типа.
- Работа вариатора зависит от показаний множества датчиков, и если вдруг выйдет из строя хотя бы один из них, то это может привести к неправильной работе всей системы трансмиссии.
- Такой аппарат требует заполнения внутренней его части специальной жидкостью, которая отличается высокой стоимостью в сравнении с аналогами, предназначенными для АКПП. А также ее уровень необходимо постоянно контролировать.
- Трансмиссия испытывает большие нагрузки.
- С данной коробкой передач существуют определенные ограничения по буксировке автомобилей, а также при использовании прицепов.
Неисправности вариатора
Но машина с вариатором имеет множество существенных преимуществ:
- Удобство поездки на автомобиле с бесступенчатой КПП.
- Плавность движения машины – стремительный разгон и торможение не вызывает рывков, как при использовании других коробок передач.
- Стабильность показателей при достаточно продолжительном движении.
- За счет оптимальной нагрузки на двигатель и продуманности работы автомата происходит существенная экономия топлива.
- Уровень вредных веществ, создаваемых отработанными газами ниже, чем в автомобилях с АКПП И МКПП.
- Безопасность езды на обледенелых дорогах, так как вариатор исключает пробуксовку колес.
- Электронное управление работой двигателя увеличивает срок его износа, предотвращает от частых ремонтов.
- Авто с вариатором ездит намного тише, чем с обычными коробками.
Устройство и принцип работы коробки передач CVT
Итак, аббревиатура CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, что дословно означает «постоянно изменяющаяся передача»), используется для обозначения вариаторной коробки передач, которая более известна среди автолюбителей как вариатор. Разобравшись с тем, что означает CVT коробка передач, можно перейти к особенностям конструкции и принципам работы вариатора.
Главной особенностью такой коробки является то, что вариатор представляет собой бесступенчатую трансмиссию. Чтобы было понятно, МКПП, роботы и АКПП имеют фиксированные передачи (скорости) с разным передаточным отношением, которых может быть 4, 5, 6 и т.д.
В свою очередь, вариатор CVT таких передач (ступеней) не имеет, благодаря чему данная трансмиссия бесступенчатая. Фактически, самый простой по конструкции вариатор имеет два вала со шкивами, которые соединены между собой ременной передачей. Ремень вариатора (цепь вариатора) состоит из клиновидных стальных звеньев, которые закреплены на прочной металлической основе в виде жгута.
Ведущий шкив присоединяется к коленчатому валу ДВС, в то время как ведомый посредством приводных валов соединяется с другими элементами трансмиссии для эффективной передачи крутящего момента на ведущие колеса автомобиля.
При этом в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки диаметр шкивов (как ведущего, так и ведомого), постоянно, гибко и динамично меняется, что и позволяет «натянуть» или «ослабить» клиновидный ремень вариатора. Так изменяется передаточное отношение. Работает вся система под управлением электроники, также в устройстве вариатора активно используется гидравлика.
В результате вариаторная коробка передач позволяет добиться абсолютно незаметного для водителя изменения передаточного отношения, причем независимо от оборотов коленвала двигателя. Так как переключений между ступенями (скоростями) не происходит, при езде на машине с такой КПП полностью отсутствуют рывки, толчки, задержки при переключениях и т.п.
Параллельно не происходит разрыва потока мощности, который присутствует на других КПП в момент переключений. Передаточное отношение при движении авто изменяется постоянно. Электроника учитывает скорость движения ТС, нагрузки на двигатель, обороты, угол открытия дроссельной заслонки, положение педали газа и т.д., позволяя силовому агрегату в связке с трансмиссией всегда работать в оптимальных режимах.
Основный достоинства и недостатки коробки передач CVT
Принцип бесступенчатости позволил добиться тех положительных результатов, к которым стремились инженеры, создавая вариатор для автомобиля. К ним можно отнести следующее:
- Набор скорости автомобилем происходит очень плавно, рывки и «провалы» отсутствуют.
- Разгон до необходимой скорости происходит значительно быстрее из-за отсутствия необходимости переключения передач.
- Выгодное отличие от механической коробки в плавности движения с места и невозможности заглохания двигателя в пробках или на светофоре.
- Наличие всего двух педалей для управления автомобилем.
- Экономичность и отсутствие шума при разгоне.
- Более динамичный разгон и плавность хода, чем у автомобиля с автоматической коробкой передач.
- Сниженное количество выбросов в атмосферу вредных веществ.
При всех своих преимуществах, вариатор пока не пользуется большой популярностью у водителей, так как они относятся к нему с некоторой опаской. Причиной тому служат следующие недостатки:
- Невозможность длительного движения автомобиля, оборудованного бесступенчатой трансмиссией, на максимальной мощности и на предельных оборотах.
- Большая прихотливость агрегата. Замена фильтров и масла производится каждые 30 000 километров.
- Использование для смазки дорогостоящей жидкости, влияющей на долговечную работу ремня.
- Грубый, интенсивный стиль вождения, с резкими движениями и экстренными торможениями, может вывести вариатор из строя.
- Только автомобили, оборудованные двигателями мощностью до 220 лошадиных сил, могут оснащаться коробкой передач CVT.
- Дорогостоящий ремонт такой коробки вкупе с дефицитом разбирающихся в ней специалистов, добавляет ей минусов.
- Сложность электронной системы управления приводит к тому, что повреждение хотя бы одного датчика дестабилизирует работу всей коробки.
Как видно из перечисленных преимуществ и недостатков, сделать выбор в пользу бесступенчатой трансмиссии можно только определившись с тем, что для нас важно в автомобиле, какой стиль вождения для нас приемлем.
Как работает бесступенчатая CVT коробка передач
Рассмотрим принцип работы двух типов вариаторов – клиноременного и тороидального (роликового) вариатора.
Ременной или цепной
В этом случае принцип работы одинаковый. Отличие только в применении в качестве передачи крутящего момента ременного или цепного привода. Устройство вариаторной коробки не изменяется.
При помощи подвижного механизма, закрепленного на одном из конусов ведущего и ведомого шкива, происходит изменение эффективного диаметра ремня. То есть, на каждом из шкивов меняется внутренний диаметр. Соответственно, изменяется передаточное число между ведущим и ведомым валами.
Простым языком:При возрастании оборотов двигателя, противоположные конусообразные пластины сдвигаются или раздвигаются, каждая на своем шкиве. Они либо выталкивают ремень наружу при их схождении, либо опускают его вниз, при раздвижении. На картинке показано, как меняется передаточное соотношение при разном положении ремня на шкивах коробки.
Как видно, здесь нет фиксированных передач, потому что нет набора звездочек. Поэтому, вариатор может иметь неограниченное число передач, а значит, широкий диапазон передачи крутящего момента.
В современных вариативных коробках все же есть две звездочки или дополнительный планетарный механизм. Он предназначен для фиксации пониженной передачи или первой скорости, чтобы момент передавался не через ремень, а через шестерни. Это бережёт ремень от проскальзывания и шкивы от царапин при старте автомобиля под нагрузкой. Например, при заезде с места на бордюр, подъем в гору с минимальной скорости или буксование в грязи.
Задняя и нейтральная передача
Когда рассматривали устройство вариатора, то говорили, что в его конструкции есть планетарная передача и набор фрикционов. Так вот, все это хозяйство отвечает за «нейтралку» и заднюю скорость.
Ведущий шкив жестко соединен с водилом планетарной передачи. На ведущем валу установлена солнечная шестерня, которая двумя рядами сателлитов связана с коронной шестернёй. Они своими осями соединены с водилом.
Чтобы обеспечить движение автомобиля прямо, нужно зафиксировать коронную шестерню с солнечной шестернёй. За это отвечает первый пакет фрикционов. Он представляет собой набор пластин. Один ряд которых имеет зубья на внешней части,они соединены с коронной шестерней. На втором ряду зубья расположены на внутренней стороне пластины, они жестко связаны с солнечной шестерней. Весь набор пластин может двигаться в осевом направлении по шлицам.
Таких рядов несколько, пластины чередуются между собой. Между ними есть определенный зазор и они свободно вращаются каждый со своей шестернёй. В этот момент включена нейтральная передача. Под действием гидропривода они смыкаются. За счет силы трения между ними, они фиксируя солнечную шестерню с коронной. Теперь вся конструкция движется как одно целое, обеспечивая движения авто вперед.
При включении задней скорости активируется второй пакет фрикционов и ослабляется первый. Второй набор пластин отвечает за фиксацию солнечной шестерни с корпусом коробки.
Таким образом в работу вступают сателлиты. Коронная шестерня вращается в одном направлении, сателлиты в другом. Так как они жестко связаны с водилом, то оно вращается в противоположном направлении относительно входного вала. Это обеспечивает движение автомобиля задней скоростью.
Тороидальный вариатор
Как известно из его устройства, он имеет два неподвижных конуса, направленных друг против друга. Между ними вращаются ролики, которые изменяют свое положение относительно этих конусов.
Механизм изменения положения роликов у каждого производители свой. В некоторых моделях происходит поворот роликов относительно оси конусов. В других вариаторах ролики смещаются вдоль оси вала, а их поворот относительно конусов происходит за счет прижатия к ним. Ролики самостоятельно изменяют свое положение в плоскости за счет центробежной силы.
Основные понятия
По сути, CTV — это бесступенчатая коробка передач. Её устройство имеет более простой принцип работы. Вариатор не имеет заданных систем переключения передач и не требует постоянного контроля числа оборотов. Блок управления в автомобиле самостоятельно определяет количество оборотов на нужной скорости и держит необходимую передачу. То есть, вариатор сам следит за придаточным числом и держит в зависимости от текущей скорости необходимое число оборотов. Придаточным же числом является соотношение скорости вращения колёс к скорости вращения мотора. Каждая передача в коробке держит определённый уровень количества оборотов, и для их увеличения водитель переключает селектор коробки, чтобы перейти на другую ступень и ускориться.
ctv это бесступенчатая коробка передач
Исходя из текущей скорости движения, оборотов двигателя и силы нажатия на педаль газа водителем, вариатор практически ежесекундно переключает передачи, определяя оптимальную характеристику хода. Что даёт такой принцип работы:
- отсутствие рывков, наблюдаемых при переключении АКПП и МКПП;
- более интенсивный набор скорости.
Это далеко не все положительные стороны, но о них будет говориться чуть позже.
Схема бесступенчатой коробки передач
Виды бесступенчатых коробок передач В зависимости от назначения и типа транспортного средства автомобильными производителями были разработаны следующие виды бесступенчатых коробок переключения передач:
- гидромеханическая коробка передач была разработана для автомобилей большой массы. Включает в себя гидродинамическую систему с гидромуфтой и гидротрансформатором и механической передачей. Двигатель такого автомобиля запускает контролирующий насос, которые подаёт масло в трубах, ведущих к гидромоторам, а те в свою очередь начинают вращать колёса;
- электрическая коробка передач. Энергия образуется через генератор от работы мотора. На каждое колесо нужен отдельный электромотор;
- вариаторная коробка передач. По сути, является механической передачей с принципом действия работы за счёт передачи крутящего момента через ремень на управляющий шкив. Данный тип устройства стал активно применяться на легковых автомобилях.
что такое CVT? Это «робот» или «автомат»?
Что такое коробка CVT?
Итак, коробка передач CVT — что это такое?
CVT – это вид трансмиссии, которая переключает передачи плавно, без участия водителя. Ее еще называют следующим поколением коробки автомат. Она меняет передаточное число незаметно и беспрерывно. В последнее время автопроизводители все больше работают над совершенством и разработкой новых вариантов вариатора.
Принцип работы
Большинство вариаторов оснащаются клиноременными передачами. Шкивы оснащаются раздвижными валами, которые и меняют передаточное число способом раздвижения и сдвижения частей вала.
Вариативная КПП состоит всего с трех элементов:
- ремень, который может быть резиновый, металлический или полевидный (специально сделан и разработан, в основе которого лежит твердый метал, прочная резиновая обмотка и пропитан специальным веществом, которое имеет свойство охлаждать ремень);
- ведомый шкив. Вращается за счет ведущего шкива и передает вращение на карданную передачу;
- ведущий шкив. Он связан в коленвалом и вращает ведомый шкив.
Типы вариаторов
- гидромеханическая. Составляющей этой КПП является гидромуфта и механическая часть коробки;
- электрическая. Состоит из электромоторов, которые установлены на каждое колесо;
- вариативная. Состоит из механической КПП, по принципу передачи передаточного числа с помощью регулируемых валов и ремня.
Чем отличается вариатор от автоматической коробки передач?
Основным отличием является конструктивный план и особенности сборки. У автомата стоит гидротрансформатор, который идет как сцепление и блок шестеренок, который переключает передачи. У вариатора же стоят два раздвижных шкива, которые приводятся ремнем. В бесступенчатой коробке нет передач, которые нужно переключать, и отсутствует сцепление.
Автоматическая коробка изменяет частоту вращения коленвала, вариатор этого не делает, весь процесс происходит на одном количестве оборотов двигателя. Таким образом в техническом плане отличаются эти КПП.
В плане ощущений при переключении автомата слышится щелчок или толчок при смене передачи, на вариаторе же это отсутствует, поскольку переключения скоростей нет. Также отсутствует звук набирания оборотов ДВС, как и при езде на коробке автомат.
Еще одним отличием является то, что на АКПП есть определенное количество передач, а на вариаторе оно отсутствует. По большому счету вариатор имеет бесконечное число ступеней.
Основными достоинствами являются:
- высокая динамика движения;
- экономия горючего;
- плавный разгон;
- отсутствие толчков при переключении передачи;
- отсутствие шума коробки и ДВС;
- не требует переключать передачи;
- надежность и простота конструкции;
- легкий ремонт и обслуживание;
- небольшой вес;
- стоимость ниже обычной АКПП;
- увеличенный срок эксплуатации.
Недостатки CVT:
- низкий темп набора скорости;
- нужно лить только масла, которые охлаждают, поскольку высокая сила трения;
- требуется бережное отношение к ремню или цепи;
- обслуживание вариатора дороже, нежели других КПП;
- каждые 130-140 тыс. км нужно менять ремень;
- малое количество времени бесперебойной работы.
Взглянув на все плюсы и минусы можно сказать, что вариатор имеет много положительных моментов, но и не меньше отрицательных. При бережной эксплуатации и своевременном ТО, CVT прослужит долго и надежно. По мнению многих экспертов эта КПП идеально подходит для девушек и людей с ограниченными физическими возможностями.
Предложения производителей в вариативных коробках
На данном этапе несколько производителей работают над совершенствованием бесступенчатой коробки. Основной проблемой остается ремень и цепь, которые имеют повышенный износ.
Компания Toyota разработала новый вид цепи, который состоит из легкого и прочного метала, а сверху покрыт резиной высокого качества. Весь этот элемент покрывают специальным полимером, который служит для снижения нагревания. Этот ремень для коробок CVT сейчас только на стадии тестирования, но производитель обещает в случаи успешных испытаний запустить его в массовое производство, что значительно повлияет на время проведения ТО и износ деталей.
Также Форд запустил новый вид ремня для CVT на основе секретного полимера. Срок службы данной детали по техническим данным составляет 200 000 км, что на 50 тыс. км больше, нежили существующие.
Достоинства и недостатки
При рассмотрении особенностей вариаторной КПП необходимо понимать ее слабые и сильные места. К преимуществам CVT можно отнести:
- Плавное изменение скоростного режима. В отличие от гидротрансформаторной коробки-автомат вариатор обеспечивает увеличение и уменьшение скорости без малейших толчков / рывков.
- Повышенный срок службы мотора. При правильной эксплуатации, своевременной замене масла в вариаторе и выполнении других регламентных работ устройство обеспечивает плавную передачу момента на двигатель и тем самым продлевает его ресурс.
- Более экономный расход горючего, благодаря высокому КПД механизма. В среднем коэффициент полезного действия больше на 7-10%, если сравнивать с классической коробкой-автомат.
- Экологическая чистота механизма. В процессе работы вариаторная система выбрасывает в атмосферу меньше опасных компонентов (если сравнивать с другими «коробками»).
- Быстрый разгон. Отсутствие рывков способствует экономии времени в момент набора скорости, что обеспечивает лучшую динамику для автомобиля.
- Легкость управления. Достаточно выбрать нужный режим на ручке, чтобы начать движение.
Несмотря на преимущества, CVT имеет и ряд минусов:
- Трудности обслуживания. Ремонт и замена вариатора — очень дорогостоящая операция, за которую берутся единицы мастеров. Иногда приходится обзвонить не одно СТО, чтобы найти подходящий вариант.
- Высокая стоимость масла. Для заливки в CVT применяются специальные смазывающие составы, имеющие более высокую цену.
- Раз в 100-150 тыс. километров требуется замена ремня, что является дорогим удовольствием.
- Зависимость от электроники. Вариаторная КПП в процессе работы получает сигналы от многих датчиков. Если какой-то из них сбоит, система будет работать неправильно, а это ведет к необходимости ремонта вариатора и дополнительным расходам.
- Сравнительно небольшой ресурс. Вариаторная коробка не любит большие нагрузки, поэтому выходит из строя быстрей МКПП. В частности, для нее может оказаться критичной буксировка в снегу или грязи.
- Повышенный риск поломки из-за неправильной эксплуатации.
Производители постоянно работают над совершенствованием вариатора и устраняют недостатки. Многие слабые места, связанные с низкой надежностью, остались в прошлом. Но ресурс устройства во многом зависит от самого автовладельца и следования ряду правил.
Виды вариаторов
Конусные вариаторы
Два конуса, направленные сужающимися участками в разные стороны, соединенные между собой ремнем. Самый примитивный тип таких вариаторов применялся на мельницах в 19 веке. Значительно позже подобные механизмы стали применять на станках. Существует большое количество конусных вариаторов: фрикционные и с промежуточными звеньями, планетарные, ВЕБО и другие, каждый нашел применение в той или иной сфере.
Тороидальные вариаторы
По принципу действия это фрикционные вариаторы, передающие усилие за счет трения. Были попытки реализовать такие коробки в автомобилестроении, но массового распространения, по ряду причин, они не получили. Один из примеров – вариатор Extroid CVT от Jatco, который ставили на Nissan Gloria 1999 года выпуска.
Основной узел тороидального вариатора испытывает колоссальные нагрузки, давление в пятне контакта роликов и дисков может достигать 10 тонн. Поэтому в производстве приходится использовать высокоуглеродистую сталь.
Клиноременные вариаторы
Самый распространенный на сегодняшний день тип вариаторов, получивший применение не только в автомобилях, но и в мотоциклах, снегоходах, скутерах.
В клиноременной конструкции присутствуют:
- Блок вариатора со шкивами, соединенными ремнем. За сближение и отдаление конусов, образующих шкивы, отвечают гидравлическое давление, центробежная сила или усилие пружин;
- Фрикционы переднего и заднего хода, необходимые для изменения направления движения;
- Планетарный механизм, отвечающий за включение реверсивного режима;
- Гидравлический блок, обеспечивающий необходимое давление жидкости, ее циркуляцию и подачу в нужные места;
- Электронный блок управления, объединяющий и контролирующий работу всех отдельных механизмов вариатора.
Сам ремень, участвующий в передаче усилий, назвать ремнем можно с большой натяжкой. Это достаточно сложный по конструкции механизм, состоящий из множества конусовидных пластин (до 400 штук), расположенных на лентах.
Цепные вариаторы
Это следующий этап в развитии вариаторов, в которых ремень заменен на цепь, с целью продления срока службы. Устройство цепи сложное, она состоит из множества прочных пластин, расположенных в шахматном порядке. При правильной эксплуатации цепь обладает большим сроком службы, а также более качественно передает крутящий момент. Передача усилий передается торцевой поверхностью цепи.
