Ответы на все вопросы о вариаторной КПП. Как работает акпп вариатор
Как работает вариатор, принцип работы, недостатки, ремонт
Рядовой автовладелец хорошо знаком с механической и автоматической коробками передач и многие из автовладельцев даже знают, принцип работы этих трансмиссий. Однако, существует еще и, так называемый, вариатор бесступенчатый, который автопроизводители позиционируют, как эффективное и мощное трансмиссионное устройство, созданное в результате новых технологий. В этой статье и поговорим о том, как работает вариатор, его принципе работы, недостатках и ремонте.
Содержание статьи:
Примечательно, что первый вариатор был запатентован более ста лет назад, а историки вообще утверждают, что аналог самого первого вариатора был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году.
Как бы там ни было, данный тип трансмиссии стал серийно устанавливаться на голландские автомобили DAF в 1950 году, но только сейчас вариаторы получили всемирное признание и стали активно внедряться в легковую автопромышленность.
Что представляет из себя вариатор
Вариатор представляет собой коробку передач, принцип работы которой заключается в плавном и непрерывном изменении передаточного числа между коленчатым валом двигателя и приводами колес.
Как таковые переключения и фиксация скоростей, которые присущи автоматической коробке передач, отсутствуют, а наблюдается только постоянное и плавное изменение передаточного числа при разгоне и замедлении. При этом исключаются толчки, когда автомобиль трогается с места или разгоняется. Для водителя всё происходит непривычно плавно.
Автомобиль, на котором установлен вариатор, практически ничем не отличается от автомобиля с АКПП. В нем есть коробка передач, две педали и рычаг переключения. Всё как обычно, и управление аналогичное, но вариатор функционирует совершенно по-иному.
Итак, как работает вариатор
Рассмотрим, как работает вариатор. В автомобильной индустрии наиболее распространенными видами являются клиноременные и тороидальные механизмы. Первый вариант отличается массовым производством, второй встречается гораздо реже.
Вариатор клиноременной имеет в своей конструкции два раздвижных шкива. Между ними натянут ремень. При движении шкивы то сближаются, то удаляются друг от друга. Двигаются они, благодаря специальному гидравлическому приводу, который управляется электроникой. Водителю достаточно выбрать определенный режим езды, например, обычный, и электроника моментально настроит работу вариатора.
Сечение ремня трапециевидное или клинообразное. При вращении он вклинивается в ведущий или ведомый шкив. Соприкосновение с ними происходит боковыми сторонами ремня. Даже при износе боковин ремня сцепка со шкивами не становится меньше, так как он еще сильнее входит в них.
Нагрузка на данный элемент огромна, поэтому ремни для вариаторов изготавливают из металла. Чаще всего ремень выполнен в виде стальной ленты с определенным покрытием или представлен в виде набора тросов, которые имеют сложное сечение. На тросы нанизано большое количество поперечных стальных пластинок из тонкого металла. Форма данных пластинок трапециевидная, их края соприкасаются со шкивами. При сжатии такой ремень становится еще жестче, что позволяет передавать ему сжимающее усилие.
При движении автомобиля это выглядит примерно так: коленвал двигателя вращает ведущий шкив, части которого плавно сжимаются. Подобное сжатие придает ремню клиновидную форму и выталкивает его подальше от центра.
В это время ведомый шкив начинает разжиматься, ремень утопает в нем и приближается к центру. Всё это влечет изменение передаточного числа.
как работает вариатор
Тороидальный вариатор в своей конструкции имеет соосные сферические валы и зажатые в них ролики. Ведущий вал соединен с двигателем, а ведомый с карданом. Сферические валы вращаются в разные стороны. Ролики меняют свое положение, а значит, и радиусы.
Как следствие, изменяется передаточное число. Блок управления “руководит” гидроприводом и ролики перемещаются относительно сферы вплоть до микрон. Всё это способствует тому, что число передач становится бесконечным. Одним словом, вариаций не счесть.
Между поверхностью сферы и роликами создается усилие, нередко достигающее десяти тонн. Несмотря на то, что для изготовления данных элементов используют самые прочные и лучшие материалы, именно в этих местах чаще всего происходит износ вариатора.
Примечательно, что двигатель на автомобиле с вариаторной коробкой передач всё время остается на одних и тех же оборотах. К примеру, при наборе скорости, обороты соответствуют максимальному крутящему моменту и остаются неизменными, что дает высокий темп разгона, ведь времени на переключения скоростей, как это происходит на обычном автомобиле, совсем не тратится.
Неизменные обороты минимизируют нагрузку на силовой агрегат, а это увеличивает сроки его службы. В то же время вариатор можно настроить так, что будет наблюдаться постепенный рост оборотов мотора.
Преимущества и недостатки вариатора
Преимущества вариатора неоспоримы:
- простая конструкция;
- плавность разгона;
- увеличение ресурса двигателя;
- существенная экономия топлива.
Впрочем, данный тип трансмиссии не лишен недостатков:
- плохая переносимость повышенных нагрузок;
- некоторые ограничения в буксировке;
- быстрый износ при езде по бездорожью;
- сложный ремонт.
Обслуживание и ремонт вариаторной коробки передач
Основным элементом вариатора считается ремень, его меняют каждые 150 000 км. Масло в трансмиссии необходимо обновлять каждые 50 000 км. Также функциональность вариатора напрямую зависит от электронной системы управления.
Мнения по обслуживанию вариаторов разняться. Можно встретить заверения, что их ремонт прост и стоит недорого. Если сравнивать с АКПП, то это так, но с другой стороны не каждый автосервис имеет квалифицированного специалиста, способного качественно провести ремонт и профилактическое обслуживание вариатора.
Но то обстоятельство, что автомобили с данным типом трансмиссии становятся все более востребованными и распространенными, неизбежно приведет к тому, что в недалеком будущем ремонт станет быстрым и доступным для любого автовладельца.
Видео, как работает вариатор
Сохранить
Сохранить
Сохранить
Сохранить
Сохранить
Сохранить
Сохранить
Сохранить
Сохранить
maxkm.ru
Что такое вариатор и как он устроен
Как работает вариатор
Часто в технических характеристиках автомобиля, которые мы изучаем, можно встретить такое слово, как вариатор бесступенчатый. Если про МКПП или АКПП мы слышали, то это слово остаётся для некоторых загадкой. Попробуем в нашей статье осветить нужную информацию и подробно рассказать о том, как он устроен.
Что он собой представляет
Оказывается, вариатором называют особый тип АКПП. И он был изобретён, как ни странно это будет слышать, ещё в XIX веке! Но и это ещё не всё. Как утверждают историки, а это очень дотошные до всего ребята, первое в мире устройство схожего типа было придумано самим Леонардо да Винчи ещё в XV веке.
Что касается первого автомобиля с вариатором, то он появился в середине двадцатого столетия. И первыми вариаторами стали заниматься инженеры компании DAF, которые оснащали ими свои грузовые и легковые автомобили. Затем у них такой тип трансмиссии перенял «Вольво» и стал ставить на свои машины.
По сути, вариатором можно назвать ту же АКПП. И невооружённым взглядом автомобиль с вариатором и с «автоматом» внешне не отличишь. На автомобилях с вариатором стоят такие же педали (их две) и коробка передач. Но автомобиль, оборудованный таким вот устройством, работает немного по-другому.
В частности, на машине с вариатором отсутствуют фиксированные передачи первой или второй скорости, а переключаются они практически незаметно и очень плавно. И толчков, которые обычно ощущаешь при трогании с места, на автомобилях с вариатором не замечаешь. Кроме этого, благодаря вариатору происходит непрерывное и опять же незаметное изменение ПЧ во время разгона или даже замедления транспортного средства.
Видео о видах коробок передач:
Так какую же коробку стоит выбрать: вариатор или «автомат»? Попробуем разобраться. Нередко такое устройство называют бесступенчатой коробкой, подразумевая то, что передачи меняются практически незаметно.
Какими они бывают
Наиболее популярными сегодня являются клиноремённые со шкивами переменного диаметра, тороидальные, а также цепные вариаторы.
Клиноремённый вариатор
Начнём с клиноремённого вариатора, так как он самый известный.
Его экипировка — это шкив и клиновидный или ведомый ремень. При этом такой тип бесступенчатой коробки работает в зависимости от количества оборотов агрегата и не реагирует на нагрузки. К примеру, если подняться в гору, автоматически увеличивается нагрузка на заднее колесо, но ПЧ остаётся неизменным. Такой параметр многие эксперты называют одним из недостатков вариатора клиноремённого.
Почему ремень такого типа называется клиновидным? Да потому что ремень в разрезе имеет форму трапеции и как бы вклинивается в шкив своими боковыми частями. Когда эти боковинки изнашиваются, ремень вклинивается ещё глубже в шкив, опять же оставаясь в хорошей сцепке.
Передаточное число на вариаторе клиноремённом изменяется путём взаимодействия ведущего и ведомого шкивов. Другими словами, это выглядит следующим образом. Части ведущего шкива, который вращается коленвалом, плавно сжимаются и выталкивают ремень подальше от центра. Ведомый шкив при таком процессе разжимается, а ремень начинает мягко утопать уже в нём, приближаясь к центру. Таким образом, меняется передаточное число от коленвала, направляясь к заднему колесу.
Что касается разницы между ведомым и ведущим шкивами, то на втором нет роликов, вместо которых установлена бывает пружина.
То, как работает клиноремённый вид устройства, можно объяснить ещё и методом двух одинаковых карандашей. Берём их и ставим параллельно друг другу на столе. Затем стягиваем резинкой и начинаем крутить один из цилиндрических карандашей. Как вы думаете, что произойдёт? Конечно же, начнёт одновременно крутиться и второй предмет, да притом с той же скоростью, что и первый. Но история не повторится, если карандаши будут иметь разный диаметр сечения.
Видео, демонстрирующее работу клиноремённого вариатора:
Разные карандаши опять же будут вращаться, но по-иному. Карандаш с большим сечением пока будет делать один оборот, второй поменьше сделает два.
И вариаторы разного типа имеют схожий с «карандашами» принцип работы. Только вот диаметр этих самых карандашей у вариатора постоянно меняется, ведь, как говорилось выше, у клиноремённого типа устройства два шкива, сделанных в виде конусов. Они своими концами (шкивы) обращены бывают друг к другу, а между ними зажимается ремень.
Перемещаясь относительно друг друга, шкивы становятся похожими на карандаши, меняющие постоянно свой диаметр. Оба шкива снабжаются обычно гидравлической системой, но нередко подключается и сервопривод. Благодаря этому половинки первого и второго шкивов сдвигаются и раздвигаются синхронно. Даже если один из них находится на ведущем валу, который идёт от мотора, а второй — на ведомом, идущем к колёсам, изменение ПЧ пройдёт гораздо шире.
Коробка вариатор такого типа ещё бывает снабжена механизмом, который отвечает за изменение направления вращения вала при включении задней передачи.
Ремень
Интересно, а из какого материала сделан ремень на таком вариаторе. А он необычный, сделанный из смеси резины и ткани. Он непохож на те ремни, которые вращают различные генераторы или прочее навесное оборудование. Ведь такой не выдержал бы и тысячи километров.
В вариаторах ремни конструкцию имеют довольно сложную. Обычно это стальная лента, покрытая железными составляющими. На такой набор стальных тросов бывает нанизано поперёк множество тоненьких пластинок, напоминающих по форме трапецию. Именно края этих самых лент и контактируют со шкивами. Кстати, благодаря такой конструкции удалось придумать и толкающий ремень, передающий мощность обеими своими половинами от одного шкива к другому.
Преимуществом стальной ленты является то, что передавая усилие на сжимание, она не складывается, как сделал бы обычный ремень, а обретает жёсткость.
Вместо клинового ремня такой конструкции нередко выступает и широкая пластинчатая цепь, также стального типа. Она соприкасается с конусами своими краями, и именно такой вид ремня можно встретить на вариаторах автомобилей Ауди. Чтобы провести смазку этой самой цепи, применяется особый вид жидкости. Она способна менять своё физическое состояние под сильным давлением, возникающим в месте соприкасания со шкивом.
А то, как будет вариатор менять ПЧ при разгоне автомобиля, зависит от специально выбранной ПУ. Для примера, представим себе то, как мы разгоняемся на обычном автомобиле с механической коробкой или даже с «автоматом». Что мы делаем? Мы на каждой передаче обязательно раскручиваем двигатель, дабы спокойно перейти на следующую передачу. В случае с вариатором двигатель свои обороты не меняет, даже при любом разгоне. Зато передаточное отношение меняется плавно.
Для некоторых водителей, непривыкших к вождению автомобилей с вариатором, создаётся странное ощущение. Он жмёт педаль газа в пол, тем самым повышая обороты двигателя. Тот начинает выть и так остаётся в течение всего разгона. Хотя темп разгона и высокий, и на переключение скоростей время не тратится, это немного раздражает. Но каждому своё.
Модель металлического клиновидного ремня
В некоторых случаях инженеры делают следующее: они вариатор настраивают таким образом, чтобы автомобиль разгонялся с ним по-особому. Это напоминает увеличение скорости с обычной КПП, то есть когда постепенно набирается рост оборотов двигателя.
Зато вариатор очень умный. Например, если поднимаешься на автомобиле с вариатором в гору, тот автоматически замедляет движение, даже когда педаль газа нажата. Но устройство не оставит подключённой высокую передачу, а напротив, увеличит крутящий момент на выходе из коробки. Это произойдёт благодаря работе шкивов, которые для уверенного штурма высоты быстро передвигаются обратно.
Кроме того, на автомобилях некоторых марок с вариатором водитель может выбирать режимы с виртуальными передачами, с шестью или даже с восемью. Они задаются специальной электроникой, и между передачами вариатор будет перескакивать, как обычная классическая коробка-автомат. К тому же можно будет переключать скоростные передачи по собственному желанию, как на автомобилях, имеющих автоматический секвентальный режим переключения.
Тороидный вариатор
Этот вид вариатора наделён вместо ремней и шкивов колёсами и роликами. Система вариатора CVT кажется немного иной и отличающейся от клиноремённого устройства. Но все её компоненты выполняют, по сути, те же функции. Результат один — постоянно изменяющаяся трансмиссия!
Принцип работы тороидного вариатора происходит следующим образом. Один из дисков соединяется с двигателем, а другой — с карданным валом. Первый диск — это тот же ведущий вал, а второй — ведомый. Между дисками расположен не ремень, а как и говорилось, ролики или колёса, которые и передают мощность от одного к другому. То же самое делает и ремень на клиноремённом вариаторе.
Колёса способны вращаться вокруг двух осей. Это и горизонтальная ось, и вертикальная. Такие виды вращения помогают колёсам соприкасаться с дисками в разных областях. И когда колёса соприкасаются с ведущим диском возле центра, то они вынуждены контактировать с ведомым диском около обода, тем самым приводя к увеличению крутящего момента и уменьшению скорости. Это и есть овердрайв или высокая передача.
Гидростатический механизм
Оба из вышеописанных видов вариатора работали за счёт радиуса контактируемых точек между двумя вращающимися объектами. Но гидростатический вариатор имеет совершенно иной принцип работы, основанный на использовании насосов переменного объёма. И вращательное движение здесь обеспечивается за счёт гидростатического насоса.
Как проводится ремонт вариаторов
Ремонт вариаторов проводится так же, как и починка АКПП. Они также не любят, когда с ними обращаются с нарушениями правил, и выходят из строя. Владельцам автомобилей с вариатором следует ознакомиться с правилами эксплуатации такой коробки, а не пренебрегать ими.
Что касается буксировки автомобилей с вариатором, то как и в случае с АКПП, здесь есть свои особенности. В частности, буксировать автомобиль можно будет, только установив рычаг переключения в положение N, и ехать нужно будет не более 80 км со скоростью не более 50 км/ч. При буксировке на большие расстояния обязательно наличие эвакуатора.
На вариаторах, как и на АКПП, следует проводить плановую диагностику не менее одного раза в год. Если замечаются неестественные шумы или толчки в коробке, то обязательно прохождение диагностики на специальной СТО. Диагностика поможет определить все имеющиеся шумы, сбои в работе и возможные неполадки. И таким образом можно будет избежать дорогостоящего ремонта.
Ремень вариатора так же, как и само устройство, нередко подлежит ремонту. И для его проведения не нужно никакого сложного оборудования. Например, часто удаётся сменить ремень на скутерах, которые снабжены вариатором, своими руками.
Видео об устройстве и сравнении вариатора:
И напоследок хотелось бы подытожить. Автомобили с вариатором всё более становятся востребованными. Цена на них разная. К примеру, Chery Tiggo FL с полным приводом, наделённый вариатором, стоит около 640 000 российских рублей.
365cars.ru
Что такое вариатор (CVT)? | Автоделкино
Вариатор — один из типов бесступенчатой трансмиссии Continuously Variable Transmission, CVT). Он является альтернативой автоматической коробке передач. У вариатора есть свои плюсы и минусы по сравнению с АКПП и все больше автомобилей в России появляется с трансмиссией, которая использует этот вариант передачи крутящего момента. Он заслужил как похвалу так и нарекание владельцев автомобилей.
Несмотря на то, что технология передачи крутящего момента, на которой основана работа вариатора, была изобретена еще в Средние века, автомобили, оснащенные этим устройством пока не захватили большого рынка. Система остается еще достаточно новой и ни один из ведущих автопроизводителей не смог пока завоевать симпатии покупателей с помощью модели, использующей использование этого устройства в сердце трансмиссии.
Эта статья призвана объяснить, почему несмотря на ряд очевидных достоинств, система не получила широкого распространения, ответить на некоторые из вопросов, связанных с особенностями работы вариатора в обычном автомобиле, плюсами и минусами его использования по сравнению с планетарными АКПП или МКПП. Что же это за вопросы?
- В чем состоит отличие вариатора от обычной планетарной коробки передач?
- Из чего состоит вариатор, каков принцип его работы?
- Каковы недостатки вариатора в сравнении с традиционными “автоматами”?
- В чем особенности управления автомобилем с вариатором, каковы впечатления от вождения такого автомобиля?
- Какие модели автомобилей уже поставляются с CVT?
- Где еще кроме автомобилей может быть использован принцип бесступенчатой передачи крутящего момента?
В чем же заключаются различия бесступенчатой трансмиссии и традиционной планетарной коробки передач?
История автомобильного вариатора:
- 1490 — Леонардо да Винчи опубликовал эскизы устройства, предназначенного для бесступенчатой передачи крутящего момента
- кон. XIX — нач. XX века — вариаторы начинают активно применяться в приводах промышленного оборудования, швейных машинах, велосипедах.
- 1958 — автомобилестроительная компания Daf (Нидерланды) выпускает модель микролитражки 600, оснащенной вариатором. В 70х годах Daf становится частью концерна Volvo, инженеры которого смогли немного усовершенствовать это устройство. Благодаря их наработкам запас прочности вариаторов достиг 30 тыс. км. Этого оказалось мало, проект развивать дальше не стали.
- конец 90х — Subaru выпускает модель автомобиля Kei cars, которая была оснащена вариатором с гидравлическим управлением и стальной цепью.
- конец 2000х — первая массовая модель Honda — кроссовер HR-V (1999 г). Через несколько лет вслед за Хондой подтягиваются и другие производители — Nissan, Audi
- 2005-2014 — ряд иномарок снабжаются вариаторами
Как работает АКПП?
Для начала давайте разберемся с принципом работы автоматической коробки передач.
Работа такой трансмиссии состоит в изменении соотношения передач между двигателем и колесами в автоматическом режиме. Без КПП автомобили бы имели только одну передачу, скорость зависела бы только от оборотов двигателя.
Представьте себе автомобиль только с первой передачей. Такая машина здорово взбирается на крутую горку и хорошо стартует с места. Вот только скорость будет ограничена — быстрее никак.
Автомобиль только с третьей передачей будет ездить со скоростью около сотни километров час по дороге, но стартовать с места или подняться круто в гору для него может оказаться проблемой.
Трансмиссия использует ряд передач — от низкой к высокой, чтобы эффективно использовать крутящий момент двигателя автомобиля. Если водитель сам переключает передачи, то коробка передач называется механической. Если участия водителя не требуется — то коробка передач называется автоматической.
В традиционной АКПП для изменения соотношения крутящего момента используется система шестерней разного размера и типа. Блокируя вращение отдельных элементов системы можно добиваться различного соотношения крутящих моментов вала двигателя и оси колеса. Благодаря этому можно получать от 4 до 8 передач переднего хода и одну передачу заднего. При переходе от одной передачи к другой, водитель может почувствовать рывки, особенно при быстром ускорении.
Как работает вариатор?
В отличие от описанной выше схемы с шестернями, вариатор не имеет какого-то фиксированного количества передач. Эта технология относится к бесступенчатым трансмиссиям(CVT), и наряду с другими видами таких трансмиссий производит плавное, бесступенчатое изменение соотношения крутящих моментов. Распространен тип вариатора, работающий на системе шкивов, позволяющих плавно изменять радиус кривизны передаточного ремня, накинутого на шкив. Тем самым мы добиваемся плавного изменения передаточного числа (см. картинку ниже).
В основе работы лежит принцип рычагов. Два вала — ведущий и ведомый расположены рядом и направленны в противоположные стороны (параллельно друг другу). На концах валов находятся конусы, которые сужаются в противоположных направлениях. Если перекинуть через конусы ремень или цепь и сделать так, чтобы можно было перемещать валы вдоль их оси друг относительно друга так, чтобы ремень оставался все время на одном уровне, то мы получим простейший вариатор.
Как это работает? Так как наконечники конусообразные, то при смещении валов, передаточный ремень смещается вдоль оси конуса и радиус его изгиба становится больше или меньше. Если, например, радиус изгиба ремня, перекинутого через шкив ведомого вала уменьшать, а ведущего — увеличить, то меньшему количестве оборотов ведущего будет соответствовать большее количество оборотов ведомого в единицу времени. Если число оборотов ведущего не менялось, то автомобиль ускоряется. Это позволит нам разгонятся на дороге.
Наоборот, если сместить валы так, чтобы, увеличить радиус закругления ведомого вала и уменьшить радиус закругления ведущего, то большему количеству оборотов ведущего вала будет соответствовать меньшее количество оборотов ведомого вала. Так мы сможем тронуться с места или заехать круто в гору.
В реальных машинах каждый из валов имеет по два конусообразных шкива. Вершины конусов обращены друг к другу. Между шкивами закреплен также конусообразный в сечении ремень.
На картинке видно, как меняется зазор между шкивами и радиус изгиба ремня. За счет этого изменения радиуса меняется и передаточное число между двигателем и колесами машины.
В традиционных АКПП планетарного типа очень много элементов — шестерни различных типов, муфты, тормоза, масляные каналы, “водило”. По сравнению с ними, вариаторы имеет очень простое устройство. Большинство современных вариаторов содержат три основных элемента:
- мощная цепь или сверхпрочный резиновый ремень
- два конусообразных шкива на ведшем валу
- два конусообразных шкива на ведомом валу
Да, конечно, ничего не заработает без системы датчиков и системы управляющих устройств. Главным из устройств управления является бортовой компьютер, который определяет оптимальное положение шкивов, опираясь на данные о скорости и нагрузке автомобиля.
Каждый шкив представляет собой два 20-градусных конуса, которые обращены друг к другу. Ремень входит паз, образованный боковыми поверхностями конусов. Ремень в поперечном разрезе клиновидный. Это позволяет увеличить площадь соприкосновения с поверхностью шкивов и, следовательно, трение.
Когда расстояние между конусами шкива большое — ремень входит глубоко в паз и радиус его петли мал. Если сблизить конусы, то ширина и глубина паза, образованного их сторонами уменьшаются, и ремень поднимается. Радиус изгиба ремня при этом становится больше. Чтобы управлять расстоянием между конусами, в разных моделях вариаторов используются различные технологии — давление гидравлики, пружины, центробежная сила.
Ведущий шкив, соединенный с валом двигателя называют “входным” (кинетическая энергия двигателя “входит” в него.
Расстояние от ремня до центра шкивов, где проходит этот ремень, называется радиус основного тона. Когда шкивы расходятся, радиус основного тона уменьшается. Когда шкивы сближаются, радиус основного тона увеличивается.
Бортовой компьютер с помощью специального механизма управляет отношением радиусов основного тона на ведущем и ведомо шкивах. Он сдвигает валы таким образом, чтобы ремень все время оставался натянутым. Когда один шкив увеличивает радиус основного тона, то второй уменьшает и ремень не провисает. Сдвиг происходит синхронно. Так как шкивы меняют свои радиусы друг относительно дуга плавно, то мы получаем бесконечное число передаточных чисел (в определенном рабочем диапазоне, разумеется). Этот рабочий диапазон определяется соотношением максимального и минимального радиусов шкивов.
Если радиус основного тона мал у ведущего шкива и большой у ведомого, то скорость вращения ведомого шкива уменьшается. Получается, что на несколько оборотов ведущего вала приходится один оборот ведомого — автомобиль стартует или поднимается в гору на низкой передаче. Если, наоборот, мал радиус основного тона у ведомого шкива, ау ведущего — большой, то одному обороту ведущего вала соответствуют несколько оборотов ведомого и автомобиль едет с большой скоростью на высокой передаче.
Как устроен передаточный ремень?
Долгое время, основным сдерживающим фактором для повсеместного распространения вариаторов в автомобилях был низкий запас прочности передаточного ремня. Первые серийные модели с вариатором были микролитражками не случайно — на небольших машинах стоят менее мощные двигатели, ремень испытывает меньшие нагрузки. Но, даже после ряда усовершенствований запас прочности ремня вариатора оставался на уровне 30 тыс. км, после чего его необходимо было менять. Для сравнения, ресурс АКПП планетарного типа может достигать сотен тысяч км.
Как же сейчас удается создавать передаточные ремни достаточно прочные для того, чтобы автомобиль, оснащённый вариатором мог конкурировать на рынке с автомобилями, использующими традиционные АКПП.
Во-первых, инженерам пришлось избавиться от резины. Материал этот все же недостаточно прочен, нужна сталь. Чтобы добиться гибкости, сравнимой с резиной, ремень приходится делать сборным. Он состоит из тонких стальных полос (обычно от 9 до 15), скрепленных множеством металлических пластин (см. изображения ниже).
Изготовленные таким способом клиновидные ремни имеют ряд преимуществ перед резиновыми — они не растягиваются и не скользят и намного тише, чем резиновые.
Кроме этого, металлические ремни имеют очень высокую прочность на разрыв, что позволяет устанавливать вариаторы совместно с двигателями, имеющими очень высокий крутящий момент (например, на внедорожниках).
Как работает тороидальный вариатор?
На первый взгляд тороидальный вариатор имеет мало общего с описанной выше схемой — нет ременной передачи и подвижных шкивов, валы не двигаются друг относительно друга…
Но на самом деле основные части те же самые. Инженеры смогли избавиться в конструкции от некоторых деталей, но принцип действия и результат не изменился.
- Ведущий диск подключается к двигателю
- Ведомый диск соединяется с приводным валом
- Ролики, расположенные между дисками передают движение с ведущего диска на ведомый, изменяя передаточное число.
Ролики имеют две степени свободы. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и могут наклоняться при этом вверх-вниз в вертикальной плоскости. Это позволяет им касаться дисков в различных областях.
Принцип работы тороидального вариатора.
Достоинства и недостатки использования вариатора:
Вариаторы набирают популярность у производителей. Они имеют ряд преимуществ перед традиционными КПП — плавное изменение скорости, лучшая реакция на изменяющиеся условия движения и т.д. Более подробный список приведен в таблице ниже.
Но, если бы вариатор не имел и недостатков, то уже давно бы вытеснил традиционные планетарные АКПП. Почему же этого до сих пор не произошло?
- Ремень вариатора достаточно быстро изнашивается и требует регулярного обслуживания. Общий срок службы вариаторов невысок.
- Ремень вариатора из-за своей конструкции не очень хорошо подходит для больших нагрузок. Эта особенность выходит на первый план, если речь идет об автомобилях, предназначенных для пересеченной местности
- Некоторые дилеры отказываются ремонтировать вариатор в случае поломки, предпочитая заменять весь модуль целиком. А это может оказаться недешево — до 40% стоимости автомобиля.
- Для переключения передачи требуется некоторое время (1-2 сек.), что для некоторых водителей непривычно и некомфортно
- Для КПП такого типа нужно специальное масло (они должно одновременно и обеспечивать сцепление ремня с поверхностью шкивов, и защищать трущиеся детали от износа). Если масла станет мало или оно окажется не предназначенным для вариатора, то он быстро сломается.
- Корректная работа вариатора сильно зависит от работы большого количества электронных приборов — показаний датчиков и работы бортового компьютера, управляющего трансмиссией. выход из строя одного из них способен вызвать сбой работы вариатора.
Производители в курсе болевых точек вариаторов и непрерывно работают над его усовершенствованием. Процент отказов современных вариаторов не выше, чем у классических АКПП. Большинство технических проблем, серьезно ограничивающих его распространение сняты вот уже как 4-5 лет. Но остались психологические. Первые “пробы пера”, когда производители только выходили на рынок с массовыми моделями, оснащенными CVT ударили по имиджу вариаторов. У многих водителей есть предубеждение, что вариатор — это ненадежно, хотя это и не так. У него есть своя специфика в работе и при эксплуатации автомобиля, оснащенного вариатором, нужно эту специфику учитывать.
На спортивных имиджевых моделях добавляется еще один забавный фактор. Бесшумность работы играет с вариатором злую шутку — клиенты, которые ждут рева мощного движка своей спортивной машины… не слышат на большинстве режимов этого рева. Производители с помощью различных ухищрений вынуждены эмулировать такой шум двигателя, в частности передавать через акустическую систему в салон.
Вконтакте
Google+
avtodelkino.ru
Что такое вариаторная коробка передач: особенности, фото- и видеообзор
Вариаторная коробка передач – это специальная механическая конструкция, предназначенная для передачи усилия двигателя бесступенчатым способом к колесам. В определенном значении ее можно назвать АКПП работающим по абсолютно иной схеме.
Содержание
[ Раскрыть]
[ Скрыть]
Что это такое?
Многие автолюбители, приобретая новый авто, просто не знают, что такое вариатор на машине и вообще, где он находится. Поясняем — вариатор это КПП, которая отличается отсутствием ступеней. Подобный принцип действия вариатора дает возможность ему использовать мощность двигателя предельно действенно. Равным образом увеличивается динамика авто и уменьшается расход горючего, а также продлевается срок его службы.
Какой принцип ее работы?
Схема работы вариаторной трансмиссииПринцип работы вариатора был изобретен Леонардо да Винчи еще в пятнадцатом столетии. Первый автомобиль с такой КПП был выпущен в пятидесятые года двадцатого столетия. Устанавливалась она тогда на автомобили очень редко и срок её службы был небольшой. Широко начала применяться только в наши дни, когда инженеры довели ее устройство практически до совершенства.
Конструктив
Вариаторная КПП состоит из следующих узлов и механизмов:
- вариаторная передача;
- узел, задачей которого является разъединения двигателя с вариатором, для нейтральной передачи;
- система управления;
- механизм заднего хода.
Схема вариатороной КПП автомобиля: привод насоса, гидротрансформатор, дифференциал, ремень, ведомый диск, вторичный вал, передача заднего хода, ведущий диск и первичный вал.
Теперь расскажем подробней об устройстве вариатора. Коробка вариатор установленная на машине может быть, клиноременного или тороидного типа.
Бесступенчатый клиноременный вариаторКлиноременный, как видим на фото, располагает парой шкивов, находящимися на двух осях. Соединяются они с помощью специального клиновидного ремня. На них находятся конусные диски, повернутые друг к другу собственными вершинами.
Схема клиноременной вариаторной коробкиЕсли будет изменено расстояние меж дисками, то соответственно и диаметр шкива будет меняться. В случае полного соединения дисков, он максимален, в обратном случае он будет минимален. Вот и получается, что в случае равномерного изменения расстояния меж дисками ремень станет передавать на ведомый шкив различное передаточное число.
Схема и принцип работы тороидаВ случае с тороидным КПП цепь или ремень полностью отсутствуют. В нем находится 2 вала, как показано на фото, которые расположены на двух параллельных осях и располагают круглой поверхностью. Между валами зажаты специальные ролики, которые и осуществляют передачу вращающего момента. Передаточное число меняется благодаря одновременной смене положений этих роликов. Сразу заметим, что коробка такого типа применяется намного реже, нежели клиноременная. В первую очередь, это связано с намного более сложным процессом её производства.
Срок службы
Как правило, практически для всех коробок с вариатором ресурс установленный производителем, не больше 200 000 километров пробега, но с каждой новой моделью он увеличивается. Привести в негодность вариаторную коробку, как и двигатель, можно и намного раньше, например, пробуксовывая в грязи, постоянно переключать селектор из положения D в положение R и обратно. Сначала могут в устройстве не выдержать подобного ленты, которые начинают вытягиваться, а зазоры меж пластинами существенно увеличиваются. Поскольку усилие сжатия конусов достаточно большое, то и неестественно повернутую пластину они смогут выдавить очень легко. В результате ремень начинает разрушаться засоряя при этом гидроблок.
Основные рекомендации для нормальной работы коробки
- Постоянно следите за уровнем масла в КПП и вовремя меняйте его. Этим вы продлите срок её службы.
- В зимнее время старайтесь сильно не перегружать трансмиссию в начале движения, а также в случае буксировки и плохой дороги. Этим вы можете существенно снизить срок её службы.
- Постоянно проводите проверку разъемов и проводки на обрывы, наблюдайте за функционированием всех приборов.
- Если во время движения происходят какие-то неполадки, значит нужно сразу остановить автомобиль и осмотреть все основные узлы автомобиля: мотор, свечи, систему питания. Незамедлительно необходимо провести диагностику всех устройств для определения неисправностей. Не стоит заниматься ремонтом КПП самому. Такое недопустимо, для этого обратитесь к профессионалам.
Видео «Работа вариаторной трансмиссии»
Видео, в котором наглядно продемонстрировано как работает вариатор автомобиля.
Из нашей статьи вы узнали как устроен вариатор на автомобиле. У вас, наверное, остались вопросы и вы их можете задать внизу в комментариях.
avtozam.com
Принцип работы вариаторной коробки передач
Традиционно коробка переключения передач подразумевает под собой переключение передачи с одной на другую. Это осуществляется при выборе водителем или электроникой необходимой пары шестерен, которые создадут нужное передаточное число. На таком принципе основана работа механической и автоматической коробок передач. Но вариаторная коробка передач изменила данную традицию, внеся новые понятия в передаче крутящего момента от двигателя к колесам.
Немного истории
Принцип действия, на котором основана работа вариатора был замечен Леонардо да Винчи еще в 1490 году. Первый патент на это изобретение был получен в конце XIX века, а первые автомобили, имеющие вариатор, увидели свет только в 50-х годах прошлого века, когда инженеры компании DAF установили его на легковые автомобили, выпускаемые серийно. Чуть позже к ним присоединился концерн VOLVO. Но основное распространение коробка вариатор получила совсем недавно – в середине 90-х годов.
Вариаторная коробка передач Nissan
Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач, которая плавно передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии в заданном числе оборотов коленчатого вала. Основным преимуществом вариатора является его оптимальный выбор соотношения оборотов двигателя и нагрузки на трансмиссию. Такой подход позволяет эффективно использовать мощностные показатели мотора, существенно экономить топливо. Кроме этого, плавное непрерывное изменение передаточного числа вариатора, сопровождающееся полным отсутствием рывков, дает самый высокий уровень комфорта при движении для водителя и пассажиров.
Основным стопором развития вариаторной трансмиссии является довольно высокая сложность передачи большого крутящего момента. Именно поэтому первое распространение коробка вариатор получила на малолитражных автомобилях, имеющих небольшую мощность двигателя. Но, тем не менее сегодня, с ростом технологий и внедрением в конструкцию металлических ремней, производители начали устанавливать вариаторы на автомобили мощностью свыше 200 л. с.
На сегодняшний момент распространение получили только три типа устройства вариаторов, такие, как клиноременный, тороидальный и совсем недавно разработанный клиноцепной механизм, применяемый в вариаторах Multitronic от Audi.
Устройство и принцип работы вариаторной коробки
Коробка вариатор состоит из следующих устройств:
- Механизм, передающий крутящий момент от двигателя на вариатор. Он же заведует разъединением двигателя и коробки – нейтральной передачей;
- Собственно вариаторный механизм;
- Электронная система управления;
- Механизм, обеспечивающий движение задним ходом.
Для соединения и разъединения двигателя с коробкой применяют несколько видов сцепления:
- Гидротрансформатор, являющийся наиболее применяемым устройством;
- Мокрое многодисковое сцепление под электронным управлением;
- Автоматическое центробежное сцепление;
- Электронное электромагнитное сцепление.
Наиболее часто совместно с вариатором применяется гидротрансформаторное сцепление. Такое сочетание обеспечивает наибольшую плавность передачи крутящего момента и, значит, большую долговечность механизма.
Чтобы понять, как работает коробка вариатор, стоит обратить внимание на велосипед, имеющий возможность переключения скоростей. Между двумя звездочками натянута цепь, которая передает крутящий момент. Задние звездочки имеют различный диаметр, и при выборе одной из них создается необходимое усилие для передвижения. Чем больше разница в диаметрах между ведущей и ведомой звездами, тем выше скорость движение. Чем меньше разница – тем больше тяговый момент, необходимый для преодоления сложных участков дороги. Такое же принципиальное действие заложено в вариаторе, только вместо звездочек и механизма, жестко переключающего передачи, используются раздвижные шкивы, состоящие из двух конусов, имеющих возможность перемещаться относительно друг друга по одной оси. Вместо обычной цепи в вариаторе работает клиноременная передача или специальная наборная цепь, состоящая из наборных пластин, соединенных между собой осями.
Клиноременный механизм
Самым распространенным на сегодня является клиноременный механизм. Такое устройство состоит из двух шкивов, соединенных между собой одним, реже двумя клиновидными ремнями. Шкивы состоят из конусов, способных передвигаться относительно друг друга при помощи актуаторов, которые приводятся в действие гидравлическим насосом. Насос, в свою очередь, работает под управлением электроники, центробежной силы или под усилием пружин. Конические диски, перемещаясь относительно друг друга, изменяют диаметр шкива, тем самым меняя передаточное число коробки передач. Угол наклона конусов в 20 градусов обеспечивает наилучшее сцепление ремня со шкивами с наименьшим сопротивлением.
Раздвижной шкив
Изначально коробка вариатор имела резиновый клиновидный ремень, передающий тяговое усилие. Такое устройство не позволяло передавать высокий крутящий момент, обладало малой долговечностью и большим радиусом изгиба (более 90 мм), что давало малый разбег регулирования.
Но с изобретением гибкого металлического ремня, эти недостатки были решены. Сейчас большинство автомобилей с вариаторной коробкой имеют ремень на металлической основе. Такое устройство ремня, состоящее из набора большого количества металлических пластин определенной формы, напоминает много бабочек, сидящих на ветке. Связаны они между собой гибким соединением, позволяющим значительно уменьшить радиус изгиба до 30 мм, повысить долговечность и прочность передающего устройства. Благодаря металлической основе удалось начать применять коробки вариаторы на автомобилях, имеющих большую мощность, чем раньше.
Клиноцепной механизм
На вариаторах, установленных на автомобилях Audi, впервые была применена специальная цепная передача, получившая название клиноцепной. Такое цепное устройство состоит из набора металлических пластин, соединенных осями. Передача крутящего момента в такой коробке осуществляется при контакте торцевыми поверхностями цепи с дисками шкивов. В этих местах образуются повышенные нагрузки с высокими температурами. С нагрузками изобретатели справились применением специальной подшипниковой стали, а с высокими температурами – принудительным охлаждением трансмиссионной жидкости, применяемой в вариаторе. Благодаря высокой гибкости цепи, удалось сократить радиус изгиба до 25 мм, расширив диапазон передаточных чисел клиноцепной коробки по сравнению с клиноременной передачей.
Управляющие устройства
В силу своих конструктивных особенностей, вариаторная передача не дает возможности движения задним ходом. Такая особенность потребовала установки дополнительных механизмов. Обычно для этого используется планетарный редуктор, принцип действия которого подобен автоматической коробке передач.
Все управление вариатором осуществляется при помощи электронных устройств, передающих информацию от множества датчиков. На его работу влияют обороты двигателя, ABS, датчики уровня давления в шинах и прочие. Собирая всю эту информацию, коробка вариатор выбирает необходимое передаточное число, соответствующее минимальному расходу топлива с оптимальным тяговым усилием, нужным для преодоления дорожных условий. Раздвигая, сдвигая конусы обоих шкивов, электронике удается добиться результатов динамики и экономии топлива, приближенных или даже превышающих показатели автомобилей с механической коробкой передач.
Устройство вариатора
Плюсы и минусы вариаторов
Как все остальные механизмы переключения передач, коробка вариатор имеет свои плюсы и минусы. К положительным сторонам устройства стоит отнести следующее:
- Плавность переключения передач, точнее их отсутствие;
- Возможность использования ручного переключения по принципу Типтроника. Такая особенность имеется благодаря полностью электронному управлению коробкой;
- Равномерное распределение нагрузки на двигатель, позволяющее работать ему в оптимальном режиме, что повышает его долговечность;
- Экономичность;
- Возможность быстрого старта;
- Простота механизма, что позволяет удешевить его производство и ремонт.
К недостаткам вариатора следует отнести минусы, такие как:
- Большая зависимость от электроники4
- Невозможность буксировки;
- Высокая стоимость применяемой жидкости. Низкая периодичность ее замены;
- Наличие постоянного троллейбусного звучания при различных стилях езды, в разных скоростных режимах
Подводя итоги
Несмотря на недостатки, такая коробка передач, как вариатор, имеет свое будущее. При нахождении решения изобретателями для передачи больших усилий, вариатор будет жить и развиваться во всех сегментах автомобилестроения.
Похожие статьи:
autodont.ru
Как работает вариатор? Отличие от амеханики и автомата
Автомобили сегодня комплектуются различными видами трансмиссий. Знакомы многие и механические, и автоматические коробки передач. Их принцип работы всем известен, но не многие знают принцип работы такого устройства как вариатор.
Уже неоднократно многие встречались с данным названием, но ничего не слышали о его принципе работы. Поэтому стоит разобраться с данным устройством, выявив его основные особенности.
Несмотря на то, что только сейчас вариатор начал получать обширное распространение, он появился еще в 50-х годах прошлого столетия.
Говоря про принцип работы и устройство вариатора, стоит уточнить, что он является полной из разновидностей автоматической коробки передач.
Отличить вариатор внешне от ступенчатого автомата довольно сложно. Точно также вариатор обладает несколькими режимам работы, обозначающимися буквами D, N, R, P.
Но имеется только внешнее сходство, в техническом плане это абсолютно разные агрегаты.
Вникая в принцип работы, стоит отметить, что этот КПП не обладает фиксированными передачами. Изменяется только передаточное число, благодаря чему нет толчков при движении автомобиля, что является достаточно характерным для коробки автомат.
Что касается видов этого агрегата, то существует три основных:
- тороидальные
- со шкивами
- цепные.
Вариатор, построенный на основе шкивов с переменным диаметром к слову считается наиболее распространенным типом, который и стоит рассмотреть подробнее. Для того что бы было проще себе представить принцип работы автомобильного вариатора можно привести простой пример. Берется два карандаша, а между ними натягивается резинка.
При вращении одного из них второй карандаш вращаться начнет с той же скоростью, только вот если один из них имеет больший размер, то число вращений он будет совершать меньше. Работает вариатор по такому же принципу. Вместо резинки – ремень, а вместо карандашей – два шкива.
Но ремень применяется не резиновый, как в остальных системах автомобиля, а из стали, обладающий достаточно сложной конструкцией. За счет того что шкивы то расходятся, то сдвигаются, происходит вращение с переменным диаметром ремня.
drivedrom.ru
Как устроен вариатор?
Часто в технических характеристиках на авто или на страницах автомобильных каталогов встречается такая фраза, как бесступенчатый вариатор. Про механическую и автоматическую коробку передач слышали все, а вот вариатор — вещь неизвестная, хотя это далеко не новинка. Что такое вариатор и зачем он автомобилю, мы спросили инструкторов по вождению.
Кто придумал вариатор?
Итак, вариатор — это особый тип АКПП, который был изобретен еще в конце XIX века! Историки утверждают, что самый первый вариатор придумал в 1490 году ни кто иной, как Леонардо да Винчи. В 1950-х годах выпустили первый автомобиль с таким типом трансмиссии. По словам автоинструкторов, вариатор ставили на легковые и грузовые авто DAF, затем это переняла компания Volvo.
Вариатор (CVT) по своей сути — это вариант (извините за тавтологию) автоматической коробки. Внешне автомобиль с вариатором ничем не отличается от машины со стандартной АКПП.
Здесь так же две педали и такая же коробка передач. Однако машина, оборудованная таким устройством, работает по-другому. Здесь нет фиксированных передач (1-ой или 2-ой), а переключение между ними осуществляется незаметно и очень плавно. Именно поэтому при переключении и трогании с места вы не заметите толчков. Благодаря вариатору происходит плавное и непрерывное изменение передаточного числа во время разгона или замедления ТС.
Клиноременной вариатор
В технике есть множество самых разных конструкций подобного типа, однако в автомобильной сфере применяются лишь два вида устройств:
- клиноременной вариатор,
- тороидный.
Первый вариант известен довольно давно. Его основные детали — это 2 раздвижных шкива и особый ремень с трапецеидальной формой в сечении. Последний как раз и соединяет два шкива. Если сдвинуть две части ведущего шкива, то они станут выталкивать ремень, как клин (заметим, что поэтому он и называется «клиноременный»). Радиус шкива увеличится, и передаточное отношение также станет больше. Если части ведомого шкива развести, то ремень уйдет внутрь и будет функционировать по меньшему радиусу. Таким образом, передаточное отношение снизится. Когда оба шкива стоят в промежуточном положении, то в этом случае передача прямая.
В клиноременной вариатор входит несколько (один или два) ременных передач, в которых шкивы формируются коническими дисками. Благодаря раздвиганию и сдвиганию этих шкивов передаточное число меняется.
Надо сказать, что у каждой компании есть своя конструкция клиноременного вариатора. Например, на Audi вместо ремня используют цепь, а на машине Honda стоит ремень из металлических пластин. Несмотря на различия в дизайне, принцип работы вариатора не меняется.
Ремень вариатора
Интересный вопрос: какого типа ремень используется в вариаторах? Естественно, ремень из ткани и резины не подойдет, а вот металлическая наборная лента — самое то. Зачастую это стальная лента с каким-то покрытием или же целый набор стальных тросов со сложным сечением, куда нанизано большое количество тонких поперечных пластинок из стали трапецевидной формы. Их края как раз и контактируют со шкивами. Именно таким образом получилось создать толкающий ремень, дающий мощность двум половинам: идущей от ведомого шкива к ведущему, и соответственно противоположной стороне. Во время передачи сжимающего усилия обычный ремень сложился бы, а вот стальной, напротив, обретает жесткость.
В случае с цепью, для ее смазки используется особая жидкость, которая под сильным давлением (оно возникает в месте соприкосновения со шкивом) меняет фазовое состояние. Это дает возможность цепи передавать значительное усилие, почти не проскальзывая, несмотря на крайне небольшую площадь контакта.
Тороидный вариатор и его конструкция
Тороидный вариатор устроен по-другому. Он состоит из своеобразных соосных дисков и специальных роликов, благодаря которым передается момент между дисками. Для изменения передаточного числа, следует изменить положение роликов и, конечно же, их радиусы. Все усилие находится в месте контакта, поэтому для поворота роликов есть устройства, которые могут преодолевать силу прижатия, имеющуюся между роликом и диском.
Например, в вариаторе Extroid на Ниссане применяется специальная система, где гидравлический механизм перемещает вверх или вниз обоймы с роликами, причем на микроскопическую величину. Затем ролик поворачивается сам из-за возникшего сдвига касательно оси дисков.
Как вариатор меняет передаточное число?
Смена передаточного числа при разгоне с помощью вариатора зависит в первую очередь от выбранной программы управления. На обычном авто при разгоне мы раскручиваем двигатель, а далее переходим на другую передачу и т.д. В случае с вариатором при наборе скорости двигатель находится на тех же оборотах (к примеру, на оборотах, которые соответствуют максимальному крутящему моменту). Однако передаточное отношение все же меняется, но очень плавно.
Говорят, что это создает странные ощущения. Когда жмешь на педаль газа, двигатель находится на больших оборотах и остается на них во время разгона, причем воя как пылесос. А вот темп разгона можно назвать достаточно высоким.
Иногда вариатор настраивают таким образом, чтобы обороты мотора постепенно наращивались, и разгон был почти такой же, как и при обычной коробке передач.
Минусы вариатора
Конечно, у вариатора много плюсов, но есть и недостатки. В частности сравнительно небольшая «перевариваемая» мощность мотора. Второй минус вариаторов — это дорогой ремонт и обслуживание, а также недешевая трансмиссионная жидкость. Например, на ременных вариаторах требуется каждые 100 тысяч километров менять ремень.
Видеоматериал о том, как работает вариатор:
Счастливого пути и удачи на дорогах!
В статье использовано изображение с сайта sanekua.ru
spokoino.ru
