Устройство вариатора
Устройство вариатора
Практические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.
В роли сцепления могут выступать либо пакет фрикционов, либо гидротрансформатор. Пакет фрикционов проще, компактнее, но по плавности включения и долговечности уступает гидротрансформатору. Поэтому такая конструкция применяется на недорогих автомобилях. Гидротрансформатор имеет большие габариты и массу, зато обеспечивает более плавное трогание, сглаживание рывков, что увеличивает ресурс работы вариатора. Кроме того, вариатор с гидротрансформатором быстрее переходит с низших передач на высшие при резком разгоне.
Для обеспечения движения задним ходом применяется простая планетарная передача.
Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами. Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.
Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора – чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на маляном щупе вариатора.
Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.
Последняя опция введена больше в связи с субъективным восприятием некоторыми водителями особенностей работы вариатора, чем с технической необходимостью. При резком нажатии на педаль акселератора двигатель вначале выводится на обороты, соответствующие максимальной мощности, и далее разгон происходит за счет изменения передаточного отношения вариатора. При этом мотор все время работает «на одной ноте». Водителей «с музыкальным слухом» это раздражает. Поэтому и вводится «ручной» режим с 6-8 фиксированными передачами, и тогда звук двигателя с вариатором приобретает ласкающую слух переменную тональность.
Еще один нюанс конструкции вариаторных трансмиссий связан с диапазоном передаточных чисел. Прямой передаче соответствует положение, когда диаметры дисков одинаковы. Поэтому низшее и высшее передаточные числа симметричны относительно единицы. А значит, высших передач получается слишком много, а низших, наоборот, недостаточно. Чтобы компенсировать этот недостаток, увеличивают передаточное число главной передачи.
Ремонтопригодность и стоимость обслуживания
Кстати, о ремонте. Официальные дилеры такие коробки не
чинят, только меняют в сборе, зато специализированных сервисов, которые смогут
произвести дефектовку с заменой только изношенных элементов, предостаточно. Хотя,
в целом ремонтопригодность вариатора будет напрямую зависеть от его
популярности. Чем больше таких коробок выпущено, тем больше комплектующих и
специалистов, которые смогут грамотно произвести починку.
Легче и дешевле всего приходится владельцам машин с
вариаторами Jatco практически всех поколений и модификаций. Средняя стоимость
капитального ремонта коробки составляет 70 тыс.руб. в зависимости от
масштабности износа компонентов. Куда дешевле коробку заранее обслужить, не
дожидаясь ремонта, например, раз в 30 ткм менять масло, а на 130 ткм установить
новый ремень, чтобы сберечь конусы и не засорять систему стружкой.
Все вариаторы имеют на поддоне магнит, собирающий стружку. По количеству скопившегося материала можно примерно оценить степень износа
Как работает коробка e-CVT
Однако не все шестерни CVT одинаковы. Хотя Тойота предлагает такую трансмиссию в более новых Рав4 2019 y Королла 2019, больше не похож на оригинальный Variomatic. На самом деле, название e-CVT дает некоторое представление о том, как оно работает, поскольку это не просто псевдоним, придающий маркетинговый оттенок вашей презентации. Вместо ремешка он состоит из два электродвигателя/генератора (MG1 и MG2), подключенные к планетарный редуктор.
Планетарные передачи в изобилии используются в обычных автоматических коробках передач. Однако e-CVT состоит из того, что мы могли бы назвать солнцем, планетами и кольцевым кольцом. Чтобы напоминает миниатюрную солнечную систему. В нем всего несколько компонентов, но если устройство будет двигаться по разным маршрутам через мини-солнечную систему, Два мотор-генератора могут выполнять разные функции..
Например, его MG1 может запустить двигатель и, в других случаях, действовать как генератор для зарядки гибридной батареи. MG2 может действовать как Двигатель самостоятельно или с двигателем, а также в качестве генератора для выполнения функции рекуперативное торможение.
El MG1 вы также можете приложить небольшой крутящий момент к набору шестерен, чтобы контролировать баланс между бензиновым двигателем и электродвигателем MG2, и еще много комбинаций. Кроме того, как обычно в бесступенчатых вариаторах, эта система позволяет изменять передаточное число без использования сцепления.
Теме статьи:
Как водить машину с автоматической коробкой передач
Как понять электронный вариатор да, для работы нужен компьютер. Версия с электронным управлением была изготовлена Bosch, как и в предыдущих поколениях коробки передач. Но, несмотря на более сложную операцию и большее количество элементов для управления, система управления остается простой.
Как правильно ездить на машине с вариатором
Управление машиной с вариатором в целом схоже с управлением автомобилем с классическим «автоматом». Но, машина с вариатором более чувствительна к перегревам и перегрузкам, поэтому, чтобы продлить вариатору жизнь, нужно строго соблюдать правила обращения с вариаторной коробкой.
Трогаться с места нужно очень плавно, при попытке резкого старта возникает пробуксовка ремня в вариаторе, что при частом повторении вызовет поломку ремня.
- При трогании с места на режиме Drive нельзя нажимать одновременно педаль тормоза и газа, так как это ведет к быстрому нагреву трансмиссионного масла. Иногда так поступают в машинах с «автоматом», чтобы сделать старт более резким. В машине с вариатором такой принцип не работает и лишь ведет к износу коробки передач.
- На машине с вариатором лучше не допускать пробуксовки колес как во время трогания с места, так и во время движения. Такая пробуксовка может возникать в зимний период, когда поверхность дороги покрыта снегом и наледью. При излишнем нажатии на педаль газа пробуксовка может резко начаться и резко прекратиться, что приведет к ударным нагрузкам в коробке и значительной пробуксовке ремня. Лучше пускать машину медленно и внатяг. По той же причине лучше не давать машине буксовать длительное время на одном месте.
- На автомобиле с вариатором лучше избегать плохих грунтовых дорог, где придется буксовать. Любая подобная нагрузка ведет к перегрузке трансмиссии, так как излишний крутящий момент с двигателя сразу уходит в пробуксовку ремня вариатора.
- На машине с вариатором нельзя буксировать другую машину. Особенно плачевно может сказаться на вариаторе попытки вытащить другую машину, застрявшую в грязи.
- Во время езды лучше не ставить переключатель в положение N (нейтралка). Это не приведет к экономии топлива, но отрицательно сказывается на вариаторе.
- Во время кратковременной остановки (например, на светофоре) лучше включать положение N (нейтралка) или P (Parking). Вариатор имеет достаточно простое строение по сравнению с «автоматом» и «роботом», поэтому во время недолгих остановок лучше отключать механическое напряжение от двигателя к вариатору. В «автомате» и «роботе» так лучше не делать, чтобы лишний раз не переключать их сложные механизмы.
Как устроен вариатор
Вариаторная коробка в своей конструкции имеет основные элементы:
- Два вала: ведущий и ведомый.
- Два шкива, каждый из которых находиться на одном из валов и состоит из подвижных конусов. Если быть точнее, подвижный всего один конус на каждом из шкивов.
- Ремень или цепь. Он соединяет два шкива. Через него происходит передача крутящего момента.
- Планетарный редуктор. Для движения машины задним ходом.
- Набор фрикционов () для нейтральной передачи и задней скорости.
Это основные части вариатора, которые отвечают за передачу крутящего момента от двигателя до колес, «нетралку» и заднюю скорость.
Кроме этого, есть рычаги и винт. К рычагам присоединены противоположные диски шкивов. Они могут двигаться в осевом направлении, изменяя диаметр каждого шкива, изменяя передаточное соотношение.
Шкивы
Каждый из них состоит из двух конусообразных пластин. Одна из них подвижная, двигается в осевом направлении по шлицам на валу.
Обычно подвижными делаются противоположные пластины двух шкивов. Двигая их, меняется расстояние между пластинами, изменяя диаметр шкива. Разный диаметр – разное передаточное число между ними.
Ремень и цепь
Бывает двух видов:
- Клиновидный ремень, состоящий из металлических пластин.
- Цепной или клиноцепной. Использует особой конструкции цепь.
Клиновидный или клиноременной
Принцип работы вариатора не допускает применение резиновых или тканевых ремней. При прижатии конусообразного диска он может сложиться, переломиться. КПП начнет «буксовать», прервется передача момента от ведущего к ведомому валу. Все закончиться дорогостоящим ремонтом коробки.
Клиновидный ремень бесступенчатой трансмиссии состоит из одной или двух лент. На них нанизаны металлические сегменты в виде «бабочек» (форма может отличаться от производителя коробки передач). Эти сегменты контактируют с пластинам шкивов. От их формы зависит эффективность передачи момента и износостойкость, долговечность ремня.
Клиноцепной
Она состоит из множества пластинок, соединенные цилиндрическими осями. Подобный тип цепи обеспечивает наименьший угол излома, долговечность. При контакте с поверхностями конусообразных дисков, возникает высокая температура. Поэтому цепь омывается дополнительно смазкой, чтобы продлить срок службы её и всему вариатору.
В отличие от клиновидного ремня, цепь обеспечивает высокий КПД коробке, большой диапазон передаточных чисел. Но стоимость его выше, что увеличивает цену вариаторной КПП.
Тороидальный или роликовый вариатор
Здесь вместо ременного механизма используются ролики. Шкивов нет, вместо них два конусообразных диска, расположенных друг против друга. Один закреплен на ведущем валу, второй на ведомом.
В отличие от ремня, диски неподвижные. Между ними находятся подвижные ролики, которые могут двигаться в сторону ведомого или ведущего вала. Изменение передаточного числа происходит за счет уменьшения или увеличения плоскости касания роликов конусообразных дисков. Крутящий момент передается только за счет силы трения роликов и поверхности конусов дисков.
Вариатор ‒ преимущества и недостатки
С каждый днём всё больше и больше автомобилей оснащаются вариаторами, которые обладают порой очень и очень заманчивыми достоинствами не только для водителя, но и для экологии. Рассмотрим же основные преимущества и недостатки данного вида трансмиссии:
Преимущества:
- плавность хода: движение на автомобилях с вариаторами будет исключено от рывков и прочих неприятностей переключения передач;
- постоянное поддержание оптимальной мощности автомобиля;
- меньший расход топлива, как следствие использования оптимальной мощности;
- больший КПД трансмиссии, обусловленный малыми потерями мощности по сравнению с классическими автоматами;
- работа двигателя в наилучшем диапазоне оборотов;
- уменьшение вредных выбросов в атмосферу;
- нехитрая конструкция и меньший вес, нежели у обычных автоматов.
Виды коробки передач
КПП – коробка переключения передач – выполняет передачу крутящего момента двигателя на колесную ось. Она обеспечивает необходимую скорость движения и высокую управляемость автомобиля. Тип коробки переключения передач зависит от вида трансмиссии автомобиля.
Выделяют механическую, автоматическую, вариаторную, роботизированную коробки передач. В некоторых модификациях АКПП предусмотрена имитация ручного управления – такие коробки имеют название «типтроник», «стептроник».
Принцип работы и устройство механической коробки передач
Механическая коробка переключения передач относится к классическим ступенчатым коробкам. Ступенью, или передачей, называется пара взаимодействующих шестерен. В механической коробке используются зубчатые шестерни – планетарные передачи.
Коэффициент передачи (передаточное число) определяется соотношением числа зубьев взаимодействующих шестерен. Самое большое – на первой передаче. В зависимости от числа ступеней механическая коробка передач может быть четырехступенчатой, пятиступенчатой, шестиступенчатой и т. д. Самая распространенная – пятиступенчатая МКПП.
Передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии в МКПП выполняется ступенчато с помощью фрикционного сцепления, которое управляется педалью. Выбор передачи выполняется вручную с помощью рычага селектора.
Принцип работы и устройство роботизированной коробки передач
Роботизированная коробка (народное название – «робот») создана на основе МКПП. Функции сцепления и переключения передач в ней автоматизированы. Но «робот» не относится к автоматическим коробкам, по принципу работы он ближе к механической КПП. Единственное, чем похожи «робот» и автомат, – отсутствие внешней детали сцепления.
Роботизированная коробка состоит из обычной механической коробки, акутаторов – устройств выжима сцепления и переключения передач, внешних датчиков и блока управления. РКПП имеет двойное сцепление для устранения провала между передачами.
Управление работой РКПП выполняет водитель с помощью переключения рычажка и бортового компьютера. Переключение передач происходит под действием команд блока управления, по ступеням, как в МКПП.
Принцип работы и устройство АКПП
Автоматическая коробка имеет и другое название – «гидромеханическая коробка». Основными компонентами автомата являются гидротрансформатор и механическая коробка переключения передач. Гидротрансформатор регулирует и передает крутящий момент с двигателя на механическую коробку. Он также выполняет роль сцепления.
Работа автоматической коробки основана на перемещении рабочей жидкости, которая приводит в движение лопасти колес гидротрансформатора и задействует муфты. Роль передачи выполняет планетарный ряд с зубчатых шестерен. Непосредственно переключение передач между планетарными редукторами выполняют муфты.
Работа всей коробки-автомата контролируется электронным блоком управления с заводскими настройками. Выбор необходимой передачи происходит автоматически. Водителю необходимо только установить режим работы коробки в начале движения.
АКПП с ручным управлением
В некоторых автоматических коробках реализована имитация ручного управления. Такие КПП имеют название «типтроник» или «стептроник». Управление коробкой происходит в двух режимах: полный автомат или ручной. Ручной режим имитирует управление КПП спортивного автомобиля, но при этом не требует от водителя особых спортивных навыков.
Принцип работы и устройство вариатора
Вариатор называть коробкой переключения передач не совсем правильно, так как передачи в нем отсутствуют, а крутящий момент изменяется плавно и непрерывно. Более правильное название – «непрерывно меняющаяся трансмиссия» (CVT). Так как педаль сцепления в автомобилях с вариатором отсутствует, его условно относят к автоматическим коробкам. Однако принцип работы вариатора сильно отличается от работы обычных автоматов.
Изменение и передача крутящего момента выполняются с помощью клиновидного ремня и конусовидных шкивов. Контроль за работой вариатора выполняется блоком электронного управления. Для работы вариатора необходима трансмиссионная жидкость. Непосредственно управление вариаторной передачей выполняется с помощью рычага селектора, режимы которого похожи на автоматическую коробку.
Виды вариаторов
Существуют несколько разновидностей. Они отличаются между собой по своей конструкции.
Клиноременной механизм
Это самый распространенный агрегат. В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнем. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем ее заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.
Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.
Принцип действия
При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина. В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот. В промежутках между этими состояниями ремень становится прямым. Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счет этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.
Клиноцепной вариатор
За счет использования цепи удалось уменьшить радиус изгиба, он может быть 25 мм, поэтому такой вид вариатора имеет больший диапазон передаточных чисел. Клиноцепной вид отличается от своих аналогов наибольшим КПД, но из-за этого имеет и самую высокую стоимость. Такой вариатор был впервые применен на моделях Audi.
Тороидный вид вариатора
Он не содержит ни цепи, ни ремня. Движение дисков, которые применяются вместо шкивов, происходит при помощи роликов, создающих крутящий момент между ними. Передаточное число меняется при смене положений роликов и изменением их радиусов, которые обкатывают диски. Их поворот осуществляется за счет определенных устройств. Они способны регулировать силу прижатия роликов к дискам. В каждом таком вариаторе автомобильные фирмы применяют свои устройства. Например, компания Ниссан в своем аппарате «X — Tronic» заложила гидравлический механизм, управляемый электроникой. Он перемещает ролики вверх и вниз на самые малые расстояния, а затем из-за сдвига они проворачиваются самостоятельно.
Такой вид вариатора применяется реже всех, но за ним будущее.
Новые виды вариаторов
Ежегодно производители автомобилей выпускают модели с бесступенчатой коробкой переключения скоростей. Причем характеристики его работы постоянно улучшаются, оборудование совершенствуется. Совсем недавно компании JATCO и Nissan выпустили общее изобретение — улучшенный вариатор с облегченной и уменьшенной конструкцией. CVT совместил в себе новую коробку и клиноременную систему. У этого аппарата очень хорошие показатели работы:
- Увеличенное число передач. Создатели расширили диапазон на 20 % (в сравнении с обычным CVT). Это позволяет автомобилю быстро разгоняться и сбрасывать обороты.
- Весит обновленный агрегат на 13 % меньше, чем его стандартный прототип.
- Имеет систему ASC, что позволяет компьютеру выбирать передаточное число, оптимально подходящее в момент разгона и остановки.
Учредители автокомпании «Порше» заявили, что в настоящее время проводят разработку по апгрейду CVT и улучшению принципа его работы. Они стараются поднять показатели комфорта во время езды, набора скорости и остановки. Хотят снизить объем потребляемого топлива, но в то же время увеличить коэффициент полезного действия. В планах у создателей — сделать такой тип CVT, принцип работы которого будет похож на восьмиступенчатую трансмиссию.
Усиленная работа над улучшением бесступенчатой коробки переключения скоростей подтверждает еще раз, что будущее за ней. Не исключено, что очень скоро вариатор станет альтернативой всем обычным КПП (автомат, механика и РОБОТ). Особый акцент производители автомобилей делают на его комбинированные модели, при которых работа двигателя будет самой идеальной, энергия будет сохраняться в специальном накопителе и тратиться только на передвижение транспортного средства.
Разновидности вариаторов
При использовании CVT необходимо понимать, что они бывают нескольких видов. Кратко рассмотрим особенности каждого из вариантов:
- Клиновидный ременной. Конструктивно состоит из пары шкивов, объединенных клиновой ременной передачей. Шкив состоит из пары дисков-конусов, которые сближаются или отдаляются с помощью гидравлики и специального пружинного механизма. Конусы находятся под 20-градусным углом, что обеспечивает плавное перемещение с минимальным сопротивлением. Современные коробки вариаторы имеют ремни, изготовленные из стальных полос, отличающихся большей прочностью, минимальной шумностью и высокой степенью надежности.
- Клиновидный цепной. По названию ясно, что в таких видах CVT применяется цепочка, которая сформирована из множества пластик. Передача момента осуществляется посредством фиксации со специальными дисками-конусами. В точках соприкосновения появляется высокая нагрузка, которая приводит к нагреву, что компенсируется за счет системы охлаждения. Такие устройства отличаются более высоким КПД, но в них нет реверса, что требует применения дополнительного устройства.
- Тороидный. В таком типе вариаторной КПП не предусмотрено ни цепной, ни ременной передачи. Конструктивно устройство состоит из 2-х валов с зафиксированными между ними роликовыми механизмами. Скорость меняется посредством изменения позиции роликов, а сам момент передается, благодаря контакту рабочих участков. Такой тип CVT применяется реже всего, но именно этот тип считается наиболее перспективным.
Достоинства и недостатки вариатора
Вариаторные коробки передач на грузовые автомобили практически не устанавливаются из-за повышенных нагрузок на двигатель.
Вариаторная трансмиссия имеет свои преимущества и недостатки, о которых следует знать перед покупкой автомобиля с вариатором.
Плюсы и минусы
Обеспечивает очень плавный разгон, вождение и торможение. На длинных подъемах замедления нет. Обеспечивает более экономичный расход топлива, чем классическая АКПП. Привод обеспечивает очень низкий уровень шума и вибрации при работе двигателя. Обеспечивает быструю реакцию при выборе оптимального передаточного числа. Устраняет критическую нагрузку на двигатель. Вариатор исключает пробуксовку ведущих колес. Имеет более простую конструкцию, чем классический редуктор.
Желательно не перегревать вариатор на полных оборотах двигателя, увлекаясь ездой «газ в пол», длительной пробуксовкой на одном месте. Это может вызвать быстрый износ конических дисков и ремня. Работа привода контролируется несколькими датчиками контроля, выход из строя любого из них потребует дорогостоящего ремонта.Коробка передач CVT требует периодической замены трансмиссионного масла, причем чаще, чем в классической коробке передач. Да и стоимость масла для вариатора выше, чем для «автомата». Каждые 100-120 тысяч пробега нужно менять ремень вариатора. Ремонт вариатора очень дорог и часто дешевле заменить вариатор на новый, чем ремонтировать старый.
