Вариатор (CVT)

40854 2

Существует большое количество работоспособных конструкций вариаторов, однако в автомобилестроении нашли применение только клиноременный и тороидный.

Вариатор (от лат. variātor «изменитель») автоматическая трансмиссия, способная плавно изменять передаточное отношение в некотором диапазоне. Неформальное название – вариаторная коробка передач или АКПП вариатор. CVT Общепризнанная мировая аббревиатура вариатора от английского continuously variable transmission (в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия).

Современный клиноременный вариатор

В настоящий момент наибольшее распространение получил клиноременный вариатор. Впервые клиноременный вариатор «Variomatic CVT» был представлен в 1958 году на легковом автомобиле «DAF». Его приемник вариатор «Transmatic» с 1984 года начал устанавливаться на автомобили «Fiat» и «Ford». Клиноременный вариатор – это стандартная автоматическая трансмиссия для множества автопроизводителей, выпускаемая под собственными названиями:

• «Autotronic» от «Mercedes-Benz»;
• «Ecotronic», «Durashift CVT» от «Ford»;
• «Lineartronic» от «Subaru»;
• «Multidrive» от «Toyota»;
• «Multimatic» от «Honda»;
• «Multitronic» от «Audi»;
• «Xtronic», «Hyper» от Nissan.

Клиноременные вариаторы также устанавливаются и на некоторые модели автомобилей «Chrysler» («Dodge», «Jeep»), «Fiat», «Mini», «Mitsubishi», «Opel», «Peugeot» и др. Помимо этого аналоги бесступенчатой трансмиссии «Variomatic» используются в современных мотороллерах (скутерах), являясь их стандартным элементом примерно с 80-х годов XX века. Вариатор ставят на скутеры с наиболее ходовыми объемами двигателей (50, 70 и 125 см 3 ) таких компаний как «Malossi», «Polini», «Doppler» и др.

Наиболее известный тороидный вариатор выпускает компания «Nissan» под именем «Extroid».

Устройство вариатора

Вариатор как коробка передач включает в себя следующие элементы:

• механизм, передающий крутящий момента и разъединяющий коробку передач и двигатель (нейтральное положение);
• собственно вариатор;
• механизм, обеспечивающий движение задним ходом (реверс);
• блок управления.

Для передачи крутящего момента и разъединения вариатора и двигателя могут быть использованы:

• центробежное автоматическое сцепление («Transmatic»);
• электромагнитное сцепление с электронным управлением ( «Hyper»);
• многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением ( «Multitronic», «Multimatic»);
• гидротрансформатор («Autotronic», «Ecotronic», «Extroid», «Lineartronic», «Multidrive», «Xtronic»).

Последний вариант является самым популярным, потому что гидратрансформатор обеспечивает плавность работы механизма при передаче крутящего момента, следствием чего является больший ресурс вариатора.

В автомобильных вариаторных коробках передач применяют электронное управление, основными функциями которого являются:

• осуществление изменения передаточного отношения вариатора в соответствии с режимами работы двигателя;
• управление гидротрансформатором/сцеплением;
• обеспечение работы планетарного редуктора.

Непосредственное же управление вариатором водитель производит при помощи рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам обычной АКПП. Также в CVT может быть реализована возможность выбора фиксированных передаточных отношений (аналог функции «Tiptronic»). Наличие данной функции в первую очередь позволяет преодолеть негативное восприятие многими водителями постоянной скорости вращения двигателя при разгоне. У ряда производителей данная функция называется иначе: «Sportronic» у «Mitsubishi», «Autostick» у Chrysler.

Конструкция клиноременного вариатора

Клиноременный вариатор состоит, как правило, из одной, реже двух ременных передач. Передача включает два шкива, соединенные клиновидным ремнем. Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая тем самым изменение диаметра шкива. Для сближения конусов используется гидравлическое давление, центробежная сила, усилие пружин. Конические диски имеют угол наклона около 20°, который обеспечивается перемещение ремня по поверхности шкива с наименьшим сопротивлением.

Схема работы клиноременного вариатора

На ранних клиноременных вариаторах ремень был выполнен из резины (как на современных скутерах), что делало его недолговечным (примерно 50000 км пробега) и недостаточно гибким (радиус изгиба не менее 90 мм). Плохая гибкость приводила в итоге узкому диапазону регулирования. Подавляющая часть современных вариаторных КПП применяют гибкий клиновидный толкающий ремень из нескольких стальных лент (порядка 10 – 12) и связанных с ними фасонных пластин в виде «бабочки». Передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения между шкивами и боковой поверхностью ремня. Такая конструкция даёт высокую прочность, долговечность, гибкость (минимальный радиус изгиба 30мм) и низкий уровень шума. Именно появление металлического клиновидного ремня позволило широко использовать вариатор на автомобилях, так как он мог передавать значительный крутящий момент.

Читайте также

Сопротивление при подъёме

Изложено влияние сопротивления при подъёме на автомобиль.

Трансмиссия CVT – особенности конструкции и оценка эксплуатационных показателей

• Назначение и разновидности вариатора
• Клиноременная передача Continuously Variable Transmission
• Главные плюсы и минусы бесступенчатой коробки вариатора с цепной передачей
• Секреты тороидного вариатора

Трансмиссия CVT – особенности конструкции и оценка эксплуатационных показателей

Назначение и разновидности вариатора

Задача данного устройства – изменение частоты оборотов и передаточного числа, а следовательно, для регулировки крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Современная коробка вариатор имеет плюсы и минусы, но технологичность и простота процесса их производства несомненно сказывается и на цене. Этот фактор имеет решающее значение для покупателей, поскольку общая стоимость авто с бесступенчатой трансмиссией меньше, чем, например, со сложнейшей DSG. К тому же последняя еще требует окончательной доработки.

Существует два типа устройств CVT, способных плавно изменять передаточное соотношение: фрикционные и вариаторы зацепления. К первым относятся такие механизмы:

• роликовые;
• ременные;
• шаровые;
• многодисковые;
• клиноременные;
• волновые;
• торовые.

Устройства, построенные на принципе зацепления, имеют только один способ передачи крутящего момента – цепью. На машинах с мотором малой и средней мощности применяется клиноременной способ, а для передачи оборотов с высокопроизводительных двигателей цепной вариант. Набирают популярность и трансмиссии с тороидным принципом работы.

Клиноременная передача Continuously Variable Transmission

Механизм состоит из соосных ведомого и ведущего шкивов, на которых расположены конусные боковины, раздвигающиеся при увеличении центробежной силы. Когда первый шкив увеличивает радиус, то второй, в свою очередь, стремится уменьшить свой в целях поддержки натяжения ремня. Таким образом, создается невероятное количество передаточных соотношений, что положительно сказывается на состоянии двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком данной системы являлся ограниченный ресурс клиновидного ремня, пока не был запатентован узел из наборных металлических пластин. Конструкция стала надежней и более функциональней, теперь ее применяют такие концерны, как Nissan и Honda.

Главные плюсы и минусы бесступенчатой коробки вариатора с цепной передачей

Другим путем пошли инженеры Audi, применив в качестве передаточного элемента цепь. Однако возникла проблема – агрегат грелся и нуждался в дополнительном теплоотводе. Компания совместно с производителем коробок ZF Friedrichshafen AG продолжительное время работали над химическим составом как самой цепи, так и смазки. В итоге Multitronic вышел в серию и является комплектующим узлом трансмиссии Audi А6.

Если сопоставить отзывы экспертов и владельцев автомобилей, то коробка вариатор обладает определенными плюсами и минусами. К положительным сторонам агрегата можно отнести:

• небольшой вес;
• оптимальный выбор крутящего момента;
• плавное переключение скоростей;
• длительный ресурс при правильном обслуживании.

Негативные аспекты применения CVT с цепным приводом:

• повышенная шумность;
• замедленный старт;
• не переносит пробуксовок;
• дорогостоящий ремонтный процесс.

Секреты тороидного вариатора

Конструктивно данный тип коробки исключает применение ремня или цепи, здесь момент передается роликом, который находится между двумя сферическими поверхностями. Одна из них ведущая, а вторая – ведомая. Силы трения выступают основой системы.

Скорость ведомого колеса зависит от угла поворота ролика. В случае, когда ролик стоит горизонтально, оба колеса вращаются с одинаковой скоростью. При повороте ролика происходит изменение передаточного числа.

Концерн Nissan комплектует свои Cedric бесступенчатой трансмиссией Extroid. В системе задействованы гидравлика и электронное управление. Для изготовления деталей этой муфты применяются дорогостоящие материалы и технологии, но инженеры надеются добиться снижения себестоимости продукта.

Источник http://icarbio.ru/articles/variator-cvt.html
Источник http://mashinapro.ru/492-korobka-variator-plyusy-i-minusy.html