Бесступенчатая коробка передач – Бесступенчатая автоматическая коробка передач | Автоматические коробки передач (АКПП)

Содержание

Бесступенчатая трансмиссия — Википедия

CVT Toyota для малых авто. Нижний вал слева направо: двухмассовый маховик в едином блоке с гидротрансформатором (подписан), маслонасос (подписан), планетарный ряд, неподвижный полушкив, ремень, подвижный полушкив. Верхний вал справа налево: неподвижный полушкив, ремень (подписан), подвижный полушкив, шестерня главной передачи (входит в зацепление с корзиной дифференциала). Сам дифференциал — в глубине. Блестящие цилиндры — подшипники.

Бесступенчатая трансмиссия (англ. Continuously Variable Transmission, CVT) — вид трансмиссии (передаточного устройства между двигателем и движителем (колёсами, гребным винтом и т. п.)), которая способна плавно изменять коэффициент передачи (отношение скоростей вращения и вращающих моментов двигателя и движителя) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.

Бесступенчатые трансмиссии, как правило, классифицируются по типу передачи, обеспечивающей бесступенчатое изменение коэффициента передачи:

  • Электрическая передача — двигатель вращает генератор, электромоторы — колёса (автомобили Белаз, трактор ДЭТ-250, ЗИС-154).
  • Гидрообъёмная
    передача — двигатель вращает регулируемый гидронасос, поток масла по трубкам подаётся в гидромоторы, вращающие колёса (зерноуборочные комбайны Дон-1500).
  • Гидродинамическая передача, или гидротрансформатор — устройство из расположенных соответственно колёс с лопатками, перебрасывающих масло между колёсами. Хорошо сочетается с характеристиками ДВС, автоматически изменяя передаточное число, однако увеличение момента незначительно (до 2,5) и требует дополнительной коробки перемены передач (применяется в большинстве автоматических коробок передач легковых автомобилей и автобусов).
  • Вариатор — механическая передача, основанная на передаче вращения (момента) трением через промежуточное тело (ремень, ролик, шарик), которое можно переводить в любую точку переменного радиуса ведущего и/или ведомого колёс, получая изменение передаточного отношения. Наибольшее распространение получил «клиноременной вариатор» (применяется в некоторых моделях современных легковых автомобилей, скутерах, а также в зерноуборочных комбайнах «Нива» для управления жаткой и молотилкой).
  • Комбинированная трансмиссия — основной момент передаётся через обычные механические передачи, а меньшая часть момента — бесступенчато, что позволяет до некоторой степени совместить достоинства разных типов передач.
Принцип действия бесступенчатой трансмиссии с клиновой цепью. Paботa вариатора Тороидная вариаторная трансмиссия системы Хейса, устанавливалась на автомобили марки Austin. Середина 1930-х.

В основе большинства современных автомобильных вариаторов — клиноременная передача. Левая боковина на ведущем шкиве и правая на ведомом подвижные. Зазор между боковинами в простейшем случае определяется центробежным регулятором, также могут применяться нагрузочные муфты. При повышении частоты вращения двигателя и ведущего вала боковины ведущего вала сдвигаются, тем самым посадочный диаметр шкива увеличивается, а коэффициент передачи — уменьшается.

Ременная передача целесообразна для мопедов и автомобилей особо малого класса; для более тяжёлых машин применяется цепная передача на том же конструктивном принципе.

Такая трансмиссия сама по себе не может ни стоять на месте, ни двигаться задним ходом — потому в большинстве автомобилей с вариаторами имеются гидротрансформатор и один планетарный ряд. Существует гибрид вариатора и робота — вариатор со сцеплением. В мопедах — автоматическое (центробежное) сцепление.

Вариатор не может работать с огромными крутящими моментами — на «низких передачах», используемых для резкого старта и форсирования препятствий

[1], ведущий шкив имеет минимальный размер, и весь крутящий момент передаётся через минимальную площадь ремня. Возможна прокрутка ремня, что очень вредно — царапается шкив, что ускоряет износ всего вариатора. На плохих дорогах бывает и такое: машина буксует на льду, добуксовывает до дороги и цепляется за неё, что тоже может привести к прокрутке. Этому есть несколько решений[1]:

  • Электроника ограничивает мощность мотора в рискованных режимах.
  • Планетарный ряд, расположенный после вариатора, преобразует скорость в силу и этим частично разгружает вариатор (линейка трансмиссий Subaru Lineartronic[2]).
  • Всю нагрузку берёт на себя стартовая передача, действующая в обход вариатора (Toyota Direct-Shift CVT, появившаяся в 2018 — некоторые модели Toyota Corolla, Lexus UX200[3]
    ).

Отличия в управлении[править | править код]

По органам управления вариатор не отличается от автомата. Помимо основных режимов (P, R, N, D, S), на селекторе может быть режим ± (виртуальные «передачи») или B (торможение двигателем). Переключение между режимами N, D, S, ± и B возможно и на ходу.

Преимущества и недостатки[править | править код]

Плюсы

  • Динамичнее, чем на автомате, разгон. Разгон 0→100 Toyota Corolla 2013 (1,6 л атмосферный, 122 л. с.) 10,5 с на ручной модели (6 передач) и 11,1 на вариаторе. Для сравнения Opel Astra 2012 с похожим двигателем — 11,9 ручная (5 передач), 13,3 автомат (6 передач).
  • Хороший расход топлива, близкий к ручной коробке, а иногда и превосходящий её: заявленный расход Toyota Corolla 2013 (1,6 л атмосферный, 122 л. с.) в смешанном цикле 6,3 л/100 км на вариаторе и 6,6 на ручной. Для сравнения Opel Astra 2012 — 6,6 ручная, 7,1 автомат.
  • Проще и дешевле гидроавтомата.
  • Из-за гидротрансформатора — очень простое управление: не останавливается жёстко, не откатывается на подъёмах, легко подталкивается по сантиметру.

Минусы

  • На 2019 год ограничивается автомобилями классом до семейного, средними кроссоверами.
  • Программно ограничивается резкий старт, самый жёсткий режим для вариатора[4][1].
  • Не любят резкого изменения сопротивления движению — выездов из грязи на дорогу и наоборот[1].
  • Совершенно непривычное поведение автомобиля: на разгоне мотор мерно гудит, как троллейбус, но скорость растёт (иногда производитель делает виртуальные «передачи»). Из-за мер по защите вариатора на некоторых автомобилях можно «взобраться» на бордюр только с хода[1] — а не с места, как рекомендуется на ручных и автоматах.
  • Из расходных материалов — клиновый ремень (в некоторых моделях) и дорогое редкое масло, доступное только от производителя коробок
    [2]
    .
  • При поломке главной части, вариатора, вся коробка идёт в утиль. Потому не рекомендуется нарушать инструкцию.

Применение[править | править код]

Вариатор в качестве трансмиссии на колёса применяется широко:

Вариатор применяется редко:

Вариатор не применяется:

  • В крупных и внедорожных автомобилях. Вариатор на такие нагрузки не способен.
  • В гоночных и спортивных автомобилях. Разработки по гоночным вариаторам[5], начавшиеся в конце 1980-х, были пресечены правилами гонок. Спорткар повторяет некоторые черты гоночного, и потому вариатора (даже механико-вариаторного гибрида на манер Toyota Direct-Shift CVT) иметь в принципе не может.

История вариаторных трансмиссий[править | править код]

Первая бесступенчатая трансмиссия была запатентована в 1886 году. С 1950-х годов бесступенчатые трансмиссии широко применялись для бортовых авиационных электрогенераторов, приводимых в действие вспомогательными двигателями.

Первая автомобильная бесступенчатая трансмиссия c резиновыми клиновыми ремнями была применена в малогабаритных голландских автомобилях DAF (DAF 600), а после продажи отделения DAF, выпускавшего пассажирские автомобили, патент унаследовала Volvo.

В 1987 году клиновые вариаторы с цепным приводом были запущены в массовое производство Ford и FIAT (Ford Fiesta, FIAT Uno). В то же время Subaru наладило производство своей CVT, которую поставляло и поставляет другим автопроизводителям.

В конце 1990-х годов вариаторы начали устанавливать и на машины среднего класса, взамен традиционных гидромеханических АКПП.

Toyota Direct-Shift CVT[править | править код]

Механико-вариаторный гибрид, призванный побороть главную проблему вариатора — проблемы со стартом. Состоит из вариатора и стартовой зубчатой передачи. В самых сложных для вариатора режимах — старте и вытаскивании из грязи — работает механическая передача.

e-CVT (планетарно-электрический «вариатор» гибридных автомобилей)[править | править код]

CVT, установленная на автомобиле Toyota Prius, разработчики назвали PSD (Power Split Device, устройство распределения мощности, «трёхходовая муфта»). Построено PSD на основе планетарной передачи, где с «солнцем» соединён генератор, «водило сателлитов» соединено с двигателем, а «коронная шестерня» — с электромотором и колёсами. Поскольку соотношение диаметров (числа зубьев) шестерён планетарной передачи постоянное, планетарная передача делит крутящий момент двигателя внутреннего сгорания в постоянном отношении. Однако мотор-генератор, соединённый с «солнцем» планетарной передачи, может быть больше или меньше нагружен электрическим током.

Управляет этим процессом контроллер гибридной системы автомобиля. Момент торможения и, соответственно, обороты генератора могут изменяться в широких пределах (от −6000 об/мин до +6000 об/мин), то есть генератор может работать и как электромотор. Поэтому скорость вращения колёс автомобиля изменяется плавно, бесступенчато. При этом мощность, получаемая генератором, не пропадает — в виде электрической энергии она поступает на «тяговый» электромотор и, объединяя усилия с моментом двигателя, приводит в движение автомобиль. Такой гибридный привод в целом называется гибридный синергетический привод.

Бесступенчатые коробки передач. Вариатор

Общепринятые сегодня ступенчатые коробки передач имеют врожденный, заложенный в них конструктивно недостаток: набор фиксированных передаточных чисел лишь усредненно может отражать весь спектр постоянно меняющихся внешних условий. Даже при простом прямолинейном разгоне по ровной дороге на каждой из ступеней двигателю сначала приходится преодолевать внешнюю нагрузку (в данном примере – силу инерции), передача может оказаться более высокой, чем нужно, затем передача оказывается уже более низкой, чем требуется. «Точность» передач можно повышать, увеличивая количество ступеней в коробке, что ограничено прежде всего физически. К тому же при этом от «усредненности» избавиться все равно не удастся. Поэтому для постоянного «попадания в нужный момент» передаточное число должно не «скакать», а «плавать», для чего ступени из трансмиссии необходимо исключить.

Бесступенчатое изменение передаточного числа обеспечивает гидротрансформатор. Но диапазон его работы довольно узок, и для применения на автомобиле к нему приходится добавлять ступенчатую коробку передач.

Недостатков вышеперечисленных устройств лишен вариатор – в основе своей механическая, а поэтому работающая с небольшими потерями бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которое позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым, давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов – клиноременной и тороидный.

Бесступенчатые передачи могут быть:

  • механическими (ременными или фрикционными)
  • гидравлическими
  • электрическими

Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной — двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число.

Принцип работы вариаторной передачи

Рис. Принцип работы вариаторной передачи:
1 – ведущий привод; 2 – набор первичных аксиально перемещаемых дисков; 3 – набор вторичных аксиально перемещаемых дисков; 4 – ведомый привод; 5 – передающая цепь

Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.

Одной из первых вариаторных передач, нашедших практическое применение, была клиноременная передача, устанавливаемая на шведских автомобилях «Вольво».

Клиноременная передача

Вариатор на автомобиле «Вольво» установлен в трансмиссии между главной передачей и ведущими колесами. Изменение передаточного числа в вариаторе происходит автоматически за счет изменения диаметров шкивов. Ведущая шестерня 1 главной передачи находится в зацеплении с двумя шестернями 2 и 5, свободно сидящими на валу 3. Шестерни могут соединяться с валом через кулачковую муфту 4, при включении левой шестерни происходит движение автомобиля вперед, правой – задний ход.

На обоих концах поперечного вала 3 закреплены ведущие шкивы вариатора 6. Левая часть шкива закреплена на валу жестко, правая может перемещаться вдоль оси вала. Подвижный правый шкив соединен с грузиками центробежного регулятора 11 и с поршнем цилиндра, связанного с впускным трубопроводом двигателя. Ведомый шкив 8 также состоит из двух частей, при этом правая неподвижна на ведомом валу, а левая подвижна в осевом направлении и нагружена пружиной 9. Ведомый вал вариатора через редуктор связан с ведущими колесами автомобиля.

Работает вариатор следующим образом. При малой частоте вращения коленчатого вала (начало трогания автомобиля) пружина 9 выжимает ремень на ведомом шкиве на больший радиус. Вследствие малой частоты вращения и  сдвинутых грузиков регулятора 11 половины 6 ведущего шкива раздвинуты за счет действия пружины 14, и ремень располагается на малом радиусе. Передаточное число наибольшее. По мере разгона автомобиля и увеличения частоты вращения вала 3 увеличивается сила действия центробежного регулятора, которая смещает подвижную часть шкива и увеличивает его рабочий диаметр. Разрежение, создаваемое во впускных трубопроводе двигателя, передается в цилиндр 13, связанный с подвижной частью шкива. При уменьшении нагрузки, когда разрежение во впускном трубопроводе возрастает, рабочий диаметр шкива ведущего увеличивается, уменьшая   передаточное   число.   Таким   образом, осуществляется автоматическое изменение передаточного числа вариатора в зависимости от скорости движения и нагрузки двигателя.
Клиноременная передача

Рис. Клиноременная передача:
1– ведущая шестерня; 2, 5 – шестерни; 3 – вал; 4 – кулачковая муфта; 6 – ведущий шкив вариатора; 7 – ремень; 8 – ведомый шкив; 9, 12, 14 – пружины; 10 – цилиндрическая передача; 11 – центробежный регулятор;  13 – цилиндр

Бесступенчатые коробки передач с электронным управлением

В результате развития электроники появились бесступенчатые коробки передач с электронным управлением, представителем которых является  коробка передач «Ауди» для модели А6 2.8, оснащенной двигателем мощностью 193 л. с. с крутящим моментом 280 Нм.

Основными элементами бесступенчатой коробки передач автомобиля А6 2.8 являются:

  • механизм включения для начала движения (фрикционы с дисками в масле), ведущий и ведомый шкивы с аксиально перемещаемыми дисками и стальной ремень, предназначенный для передачи мощности
  • система электронно-гидравлического управления коробкой передач
  • узел движения задним ходом
  • главная передача с дифференциалом
    Схема бесступенчатой коробки передач автомобиля Ауди

Рис. Схема бесступенчатой коробки передач автомобиля Ауди:
1 – маховик с встроенным демпфером; 2 – фрикционы для движения задним ходом; 3 – промежуточная передача; 4 – вариатор с цепью; 5 – электронный блок управления коробкой; 6 – гидравлическое управляющее устройство; 7 – гидравлическая система передвижения вариаторов; 8 – фрикционы для движения передним ходом; 9 – планетарный передаточный механизм

Вариатор состоит из ведущего и ведомого конических шкивов с аксиально перемещаемыми дисками, и передающей вращения специальной цепи. На ведущий привод передается вращения от двигателя через промежуточный передаточный механизм, ведомый привод передает крутящий момент на дифференциал. При передачи движения цепь всегда натянута.

Для плавного трогания с места при включения передачи переднего и заднего хода служит многодисковое сцепления включаемое с помощью гидравлики. Изменение направления вращения производится с помощью шестерен планетарного механизма.

Для привода ведомого шкива применяется многорядная стальная цепь, при этом со шкивами контактируют не сегменты ремня, как было в прежних конструкциях, а скошенные торцы соединительных осей звеньев. Чтобы исключить проскальзывание, прижим скошенных торцов осуществляется сложной следящей гидравлической системой, которая создает в каждый момент необходимое давление от 20 до 60 кгс/см2. В результате износ штифтов составляет лишь 0,2 мм за весь срок службы.
Вариаторная цепь

Рис. Вариаторная цепь:
1 – соединительные оси; 2 – звенья; а – вид сверху; б – вид сбоку

Цепь обеспечивает не только передачу значительной нагрузки, но еще и изменение передаточного отношения в диапазоне от 1:2,1 до 1:12,7. Это позволило отказаться от гидротрансформатора, а значит, и от дополнительных потерь мощности.

Управление коробкой передач осуществляется с помощью электронного блока управления. Для принятия определенного решения в блок управления поступает информация от различных датчиков: частоты вращения коленчатого вала двигателя, частоты вращения входного передаточного механизма, положения педали подачи топлива, крутящего момента двигателя, температуры масла в коробке передач.

Электронный блок управления способен распознать по характеру движения педали подачи топлива, какой режим предпочитает водитель – экономичный или спортивный. В последнем случае уже со скорости 60 км/ч вариатор включает режим «овердрайв», то есть занижает передаточное отношение.  При энергичном нажатии педали подачи топлива включается спортивный режим. Блок управления реагирует включением пониженной передачи и на наличие прицепа или крутого подъема, необходимость торможения двигателем. Программа блока управления позволяет работать коробке передач в ручном режиме, когда из памяти извлекаются заранее запрограммированные значения передаточного отношения. В этом случае бесступенчатая коробка действует как шестиступенчатая коробка передач с последовательным переключением.

Ауди с бесступенчатой коробкой передач расходует на 0,9 л/100 км меньше топлива, чем с традиционной автоматической коробкой, и на 0,2 л меньше, чем с механической пятиступенчатой коробкой передач. При этом разгон до 100 км/час занимает соответственно на 1,3 с и на 0,1 с меньше времени.

Тороидный вариатор

К бесступенчатым передачам относится и тороидный вариатор, применяемый в автомобилях японского производства «Глория» и «Скайлайн».
Схема тороидного вариатора

Рис. Схема тороидного вариатора:
а – высшая передача; б – низшая передача; 1 – ведущий диск; 2 – ведомый диск; 3 – промежуточные ролики

Вариатор состоит из соосных дисков ведущего 1, ведомого 2 и промежуточных роликов, передающих момент от одного диска к другому. Один диск является ведущим, а другой – ведомым. Передача крутящего момента обеспечивается силами трения между рабочими поверхностями дисков и роликов. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски.

В зависимости от угла поворота ролика ведомый диск может вращаться с той же скоростью, что и ведущее (если ролик горизонтален), с большей или меньшей (если ролик поворачивается).

Поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску (до 3000 Нм). Возможность передачи таких усилий обеспечивается применением высококачественных сталей, особых масел и специальной системой, в которой управляемый электронным блоком управления прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам.  Кроме того, чтобы раз­грузить детали и уменьшить размеры тороидной коробки передач, в ней работают два вари­атора. При использовании тороидного вариатора в трансмиссии автомобиля так же, как и в случае клиноременного, необходимо обеспечить возможность получения заднего хода и отключения вариатора от двигателя с помощью сцепления. Задний ход обеспечива­ет планетарная передача, а для нейтральной передачи используется гидро­трансформатор.

Для смазки бесступенчатых коробок передач специальное масло с маркировкой CVT, которое не совместимо с маслом ATF, применяемом для традиционных автоматических коробок передач.

Бесступенчатые коробки передач до сих пор не нашли широкого применения из-за некоторых имеющихся в них существенных недостатков по сравнению с механическими ступенчатыми коробками (размер, масса, диапазон преобразования, производственные расходы, к.п.д. коробки передач, компоновочные ограничения).

Что такое бесступенчатые передачи вариаторы: вымыслы и действительность

С момента выпуска автомобиля DAF 600 с вариаторной трансмиссией прошло более 30 лет, но идея продолжает развиваться, стремясь обрести техническую изящность. За последнее десятилетие подобный метод переключения передач из экзотики перешел в разряд вполне обычных «автоматов», претерпев в процессе ряд серьезных конструктивных изменений. В серийном производстве присутствует несколько типов вариаторных трансмиссий и этот материал поможет сделать правильный выбор, а также избежать в будущем проблем в их эксплуатации.

Конструкция бесступенчатой коробки переключения передач для автомобиля

Теоретически суть такого агрегата проста – передаточное число меняется плавно, без ступеней. При этом для любого режима движения обороты двигателя находятся в оптимальной зоне, что благоприятствует топливной экономичности. Из всего многообразия на автомобилях применяются только два типа КПП CVT:

  1. Тороидальные (Toroidal CVT).
  2. Клиноременные (Belt CVT).

бесступенчатая коробка передач

Традиционно бесступенчатые передачи вариаторы представляют собой два параллельных шкива. Крутящий момент передается через ремень, надетый на конические диски. В процессе работы боковины шкивов сдвигаются, тем самым меняя передаточное число. Современные конструкции этих узлов значительно усложнились и имеют составную конфигурацию, ремень зажимается с боков – с одной стороны шкивной пружиной, которая обеспечивает натяжение, а с другой – шкив имел возможность регулироваться.

Общее устройство вариаторной коробки переключения скоростей включает следующие узлы:

  • система управления;
  • механизм передачи и прерывания крутящего момента;
  • механизм заднего хода;
  • вариаторная передача.

У каждого автомобилестроителя бесступенчатая коробка передач комплектуется различными механизмами переноса момента силы. К таким устройствам относятся:

  • Transmatic – автоматическое центробежное сцепление.
  • Hyper – электромагнитная муфта с электронным управлением.
  • Multitronic, Multimatic – многодисковое сцепление с электронным управлением.
  • Autotronic, Ecotronic, Extroid, Xtronic – гидротрансформатор.

Последний вариант наиболее популярен благодаря плавности переключения и долговечности агрегата.

Что такое бесступенчатые автомобильные передачи и вариаторы тороидального типа?

Тороидальные трансмиссии меньше распространены, чем клиноременные. Такие устройства устанавливаются на задне- и полноприводных автомобилях с продольным расположением мотора. Система состоит из ведущего и ведомого дисков, между которым расположены ролики.

бесступенчатые передачи вариаторы

В ходе работы ролики вращаются относительно горизонтальной оси и одновременно перемещаются по вертикальной оси. Таким образом, ролики способны перенаправлять работу, соприкасаясь с различными областями дисков. Перемещаясь по вертикальной оси дисков, ролики изменяют передаточное число, а сила трения между ними обеспечивает передачу крутящего момента. То есть, система действует следующим образом:

  • Высшая передача – когда ролики находятся в контакте с ведущим диском по краям обода, происходит уменьшение крутящего момента и увеличение скорости.
  • Низшая передача – когда ролики контактируют с краями обода с ведомым диском, происходит увеличение крутящего момента и снижение скорости.

бесступенчатая тороидальная коробка передач

По надежности бесступенчатые тороидальные передачи превосходят клиноременные вариаторы в несколько раз. Зато, если уж ломаются, то ремонту они не подлежат. На сервисных центрах чаще всего рекомендуют полную замену агрегата, поскольку запчасти для его восстановления найти весьма затруднительно.

Что такое клиноременные вариаторные трансмиссии?

Этот тип трансмиссии устанавливается чаще всего на переднеприводные авто. В основе конструкции лежит система, состоящая из двух пар конических дисков и металлического ремня. Последний изготовлен из нескольких пакетов стальных лент, которые скреплены металлическими пластинами сложной формы.

Каждая пара дисков состоит из неподвижного и движущегося элементов, которые, по сути, являются шкивами. Схема функционирования устройства выглядит следующим образом:

  • Крутящий момент передается от первичного вала к ведущему шкиву посредством гидротрансформатора.
  • В гидротрансформаторе момент силы передается после подачи масла приводным насосным колесом на турбинный диск, связанный с первичным валом.
  • Усилие с ведущего шкива на ведомый передается через ремень, и соответственно на вторичный вал.
  • Для движения автомобиля вперед передача момента на вторичный вал реализуется за счет планетарного редуктора с дисковым сцеплением.
  • Движением задним ходом осуществляется при помощи реверсивного механизма (активизации дискового тормоза).
  • Через промежуточный вал крутящий момент передается дифференциалу, который далее распределяет приводные усилия на полуоси.

бесступенчатые передачи и клиноременные вариаторы

Скорость передвижения авто осуществляется благодаря изменению диаметров шкивов. На минимальной скорости диаметр ведущего шкива бесступенчатой коробки переключения передач минимален. Диаметр изменяется за счет движения дисков. Например, когда диски сжаты, то диаметр шкива достигает наименьших размеров, при разжимании дисков диаметр увеличивается.

Корректировка скоростного режима обеспечивается за счет согласованных изменений диаметров двух шкивов. В таких условиях количество передач практически неограниченно.

Клиноцепной вариатор

На вариаторных трансмиссиях Multitronic и Lineartronic применяется цепь полностью из металла. Она состоит из пластин, которые соединяются осями по типу велосипедных, что обеспечивает хорошую гибкость.

бесступенчатая клиноцепная коробка передач

В отличие от клиноременной конструкции передача крутящего момента осуществляется торцевой частью цепи при контакте с коническими дисками. При этом возникают серьезные напряжения, что заставило производителей делать диски из высокопрочной стали. Клиноцепная система имеет минимальные потери при передаче момента, и, следовательно, высший КПД.

К сожалению, ресурс металлической цепи невелик – около 100 000 км пробега. Однако компенсацией может послужить тот факт, что ее цена довольно доступна, а замена не представляет особой сложности.

Достоинства и недостатки вариаторных трансмиссий

Неоспоримым преимуществом узла является топливная экономичность и отсутствие рывков при переборе скоростей. Кроме этого, к плюсам бесступенчатых переключателей передач вариаторов эксперты относят следующие качества:

  • отличная динамика;
  • экономия топлива;
  • простота управления автомобилем при наличии CVT;
  • увеличение ресурса мотора;
  • отсутствие излишнего шума.

Важно! Владельцам автомобилей с CVT нужно учесть, что резкие ускорения в вашем случае противопоказаны – это может привести к незапланированному ремонту или вообще к замене агрегата.

Отрицательные стороны вариаторных трансмиссий:

  • быстрый выход из строя при длительных поездках на повышенных оборотах;
  • сложная система управления;
  • дорогостоящие обслуживание и ремонт.

Технологии будущего

бесступенчатые зубчатые передачи вариаторыВ нынешних моделях авто стоят вариаторы, которые работают за счет трения цепи, роликов или ремня. Но уже сейчас инженеры ведущих производителей разрабатывают технологии, позволяющие отказаться от такого способа передачи крутящего момента. В их основе лежит принцип зубчатого зацепления, что позволить повысить КПД и эксплуатационные сроки агрегата.

Особая конструкция профиля зубьев уменьшает давление в плоскости зацепления и при этом обеспечивает плавную смену передаточных отношений. Уже прошли испытания коробки CVT с цепью и дополнительным натяжным роликом, у которой нет проблем с уровнем КПД в крайнем положении валов, но этого еще недостаточно. В целом у такой идеи есть простор для дальнейших изысканий.

Что имеем в итоге?

Автомашина с бесступенчатой коробкой переключения передач менее требовательна к водительским навыкам владельца. Устройство не позволит начинающему автолюбителю включить не ту скорость или заглохнуть где-то у светофора. Также гарантируется плавность старта независимо от срока нахождения за рулем.

В среде противников CVT часто указывают на постоянный гул на всех режимах независимо от скорости и оборотов ДВС. Любителям скоростной езды не нравится излишнее спокойствие мотора, они хотят услышать мощное «рычание» и почувствовать резкий старт. В таких случаях им можно порекомендовать авто с механикой.

Приверженцы спокойной манеры езды быстро привыкают к машине с вариатором, хотя и они поначалу чувствуют себя несколько неуютно – ведь автомобиль по старту и набору скорости напоминает электромобиль. Другой вопрос – это необходимость своевременного и качественного обслуживания бесступенчатых трансмиссий, но это того стоит. По поводу дорогостоящего ремонта можно сказать только одно – технологии не стоят на месте, и уже в ближайшем будущем стоит рассчитывать на появление новых более надежных агрегатов.

Бесступенчатая коробка передач — Auto-Self.ru

В наше время, один из самых главных вопросов при покупке автомобиля – это расход топлива. Многие, принимая это во внимание,  выбирают оптимальное соотношение качества, цены и технических характеристик.

Цены на бензин постоянно растут, и все большее количество людей делаю выбор в пользу малолитражек. Одним словом, тема экономии затронула большинства агрегатов автомобиля, особенно двигатель и коробку передач. Если говорить о двигателе, тут все предельно ясно: снижение рабочего объема, значительно снижает расход, но в то же время негативно сказывается на динамике.

Поэтому в целях сбережения коэффициента полезного действия двигателя, была придумана вариаторная коробка передач.  Она существенно отличается от уже известной нам автоматической, и имеет множество позитивных сторон.

Принцип работы вариаторной коробки передач

На первый взгляд, вы не сможете различить авто с вариаторной коробкой передач. Все как обычно: две педали, рычаг переключения режимов трансмиссии. Но в работе, вы сразу замечаете плавную и незаметную смену передач, и отсутствие фиксированных первой-десятой передач. По мере набора скорости автомобиля, а так же его торможении, вариатор мягко и последовательно меняет передаточное число. Именно поэтому при движении отсутствуют резкие толчки.

Устройство вариаторной коробки передач само по себе не сложное, если брать к примеру цепной вариант – резинометаллическая цепь, растянутая между двумя клиновыми шкивами. Смазка отсутствует, трение маленькое, и тепловая энергия без труда рассредоточивается охлаждением корпуса коробки и самих шкивов.

На тероидальном мощная пружина поджимает ведомый шкив (на нем установлена крыльчатка охлаждения, т.к. трение очень высокое). Принцип работы этого вариатора заключается в эффекте трения, за счет которого выполняется передача крутящего момента.

Виды вариаторов

Существуют несколько типов вариаторов:

  • тороидальные;
  • клиноременные;
  • цепные.

Клиноременный тип самый распространенный. Его особенность в том, что он имеет два шкива в виде остроконечных конусов, обращенных друг к другу. Между ними протянут клиновый ремень. Шкив состоит из двух конических дисков, которые сдвигаясь или раздвигаясь, меняют тем самым диаметр шкива.

Тороидный вариатор представляет собой два осевых вала, которые располагаются на сферической поверхности, а между ними находятся ролики. Передает крутящий момент за счет силы трения между рабочими поверхностями.

Цепной вариатор встречается довольно редко, но среди остальных отличается минимальными потерями при передаче крутящего момента, при этом имея высокий коэффициент полезного действия.

На некоторых машинах есть возможность выбрать несколько «виртуальных» передач, которые задаются электроникой.  Между выбранными передачами вариатор будет резко переключаться, напоминая своей работой классическую коробку автомат.  В этом случае вы можете собственноручно переключать рычаг по своему желанию, примерно как в случае с ручным секвентальным режимом.

Правила и особенности эксплуатации вариатора

На сегодняшний день, вариаторные коробки передач получают все большее распространение на разных классах машин, а их стоимость обычно дешевле, чем с автоматом. Вариатор располагает большим числом передач, что приносит комфорт в его использовании в разных ситуациях. Неплохая динамика и высокая экономичность являются характерными чертами вариатора от других уже известных нам трансмиссий.

Другими словами, основным достоинством вариаторной коробки передач является ее способность изменять и передавать крутящий момент в приемлемом диапазоне оборотов двигателя. Если сказать ещё проще, то автомат при разгоне авто, заставляет двигатель работать на различных оборотах, а у вариатора все происходит плавно. Соответственно поэтому и разгон ровнее, и поездка приятней: без толчков, с небольшим расходом топлива.

С эксплуатацией вариаторной коробки мы разобрались, теперь можем поговорить об обслуживании и технических аспектах.

Обслуживание и технические тонкости

В обслуживании  она немного дороже, чем другие виды коробок. То есть, в классических автоматизированных коробках передач детали изготавливаются методом штамповки, и имеют легкий вес. Соответственно стоят дешево. У вариатора детали тяжелые, изготовлены из дорогих материалов и по самым современным технологиям.

Заключение

Как и везде, у вариатора есть и недостатки. Например:

  1. Его не ставят на автомобили, с мощными двигателями;
  2. Смазывающая жидкость вариатора стоит на порядок дороже, чем обычное коробочное масло. За ее уровнем необходимо всё время следить, и она не может быть заменена на аналоги. Да и сама замена масла проводится гораздо чаще, дабы продлить срок эксплуатации коробки;
  3. Во время своей работы, вариатор использует показания множества датчиков, включая скорость, АБС, положения коленвала, давление в шинах. Если сигнал не поступает хотя бы от одного из датчиков, это приводит к неправильной работе коробки или к аварийному режиму;
  4. Есть ограничения к условиям буксировки авто с вариаторной трансмиссией. А именно: буксирование автомобиля с вариатором возможно исключительно при погрузке на  эвакуатор. Так как при обычном буксировании, с мягкой сцепкой – вариатор перегревается, что приводит к поломке. А ремонт вышеуказанной коробки удовольствие сомнительное, и довольно затратное.

На мой взгляд, вариатор имеет достаточно большой потенциал развития. В будущем, он заменит классические, автоматические коробки передач с гидротрансформатором. И его будут устанавливать на большинство серийных, городских автомобилей. В то время как автомобили со спортивной натурой будут комплектоваться коробкой передач с двойным сцеплением (DSG).

Так что, если вам нужна плавная езда, без рывков и шума, если для вас в приоритете экономия, с неплохими динамическими характеристиками, и вас не пугают особенности эксплуатации — вариаторная коробка переключения передач (CVT) – для вас.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Telegram

Vkontakte

Бесступенчатая трансмиссия — это… Что такое Бесступенчатая трансмиссия?

Бесступенчатая трансмиссия (англ. Continuously Variable Transmission, CVT) — вид трансмиссии (передаточного устройства между двигателем и движителем (колёсами, гребным винтом и т. п.)), которая способна плавно изменять коэффициент передачи (отношение скоростей вращения и вращающих моментов двигателя и движителя) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.

Типы бесступенчатых трансмиссий

Бесступенчатые трансмиссии, как правило, классифицируются (называются) по типу передачи, обеспечивающей бесступенчатое изменение коэффициента передачи:

  • Электрическая передача — двигатель вращает генератор, электромоторы — колёса (автомобили Белаз, трактор ДЭТ-250).
  • Гидрообъёмная передача — двигатель вращает регулируемый гидронасос, поток масла по трубкам подаётся в гидромоторы, вращающие колёса (зерноуборочные комбайны Дон-1500).
  • Гидродинамическая передача, или гидротрансформатор — устройство из расположенных соответствено колёс с лопатками, перебрасывающих масло между колёсами. Хорошо сочетается с характеристиками ДВС, автоматически изменяя передаточное число, однако увеличение момента незначительно (до 2,5) и требует дополнительной коробки перемены передач (применяется в большинстве автоматических коробок передач легковых автомобилей и автобусов).
  • Вариатор — механическая передача, основанная на передаче вращения (момента) трением через промежуточное тело (ремень, ролик), которое можно переводить в любую точку переменного радиуса ведущего и/или ведомого колёс, получая изменение передаточного отношения. Наибольшее распространение получил «клиноременной вариатор» (применяется в зерноуборочных комбайнах «Нива», некоторых моделях современных легковых автомобилей, скутерах).
  • Комбинированная трансмиссия — основной момент передаётся через обычные механические передачи, а меньшая часть момента — бесступенчато, что позволяет до некоторой степени совместить достоинства разных типов передач.
  • Зубчатая, бесступенчатая, не переключаемая автоматическая трансмиссия — основанная на механизме с двумя степенями свободы. При увеличении момента сопротивления на выходном валу скорость вращения вала уменьшается при неизменной выходной мощности.

История вариаторных трансмиссий

Первая бесступенчатая трансмиссия была запатентована в 1886. С 1950-х гг., бесступенчатые трансмиссии широко применялись для бортовых авиационных электрогенераторов, приводимых в действие вспомогательными двигателями. Первая автомобильная бесступенчатая трансмиссия c резиновыми клиновыми ремнями была применена в малогабаритных голландских автомобилях DAF (DAF 600), а после продажи отделения DAF, выпускавшего пассажирские автомобили, патент унаследовала Volvo. В 1987 клиновые вариаторы, на этот раз с цепным приводом, были запущены в массовое производство Ford и FIAT (Ford Fiesta, FIAT Uno). В то же время Subaru наладило производство своей CVT, которую поставляло и поставляет другим автопроизводителям. В конце 1990-х гг. вариаторы начали устанавливать и на машины среднего класса, взамен традиционных гидромеханических АКПП.

Вариатор

Принцип действия бесступенчатой трансмиссии с клиновой цепью. Paбoтa Вариатора

В основе CVT DAF и большинства современных автомобильных вариаторов — клиноременная передача. Один, или оба шкива (ведущий и ведомый) оборудованы раздвижными боковинами; зазор между боковинами шкивов в простейшем случае определяется центробежным регулятором, также могут применяться нагрузочные муфты. При повышении частоты вращения двигателя и ведущего вала боковины ведущего вала сдвигаются, тем самым посадочный диаметр шкива увеличивается, а коэффициент передачи — уменьшается.

Ременная передача целесообразна для мопедов и автомобилей особо малого класса; для более тяжёлых машин применяется цепная передача на том же конструктивном принципе.

Комбинированная трансмиссия

CVT, установленная на автомобиле Toyota Prius, разработчики назвали PSD (Power Split Device, устройство распределения мощности — а по-японски оно называется «трёхходовая муфта»). Построено PSD на основе хорошо известной планетарной передачи, где с «солнцем» соединён генератор, «водило сателлитов» соединено с двигателем, а «коронная шестерня» — с электромотором и колёсами. Поскольку соотношение диаметров (числа зубьев) шестерён планетарной передачи постоянное, планетарная передача делит крутящий момент двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в постоянном отношении. Однако мотор-генератор, соединённый с «солнцем» планетарной передачи, может быть больше или меньше нагружен электрическим током.

Управляет этим процессом контроллер гибридной системы автомобиля. Момент торможения и, соответственно, обороты генератора могут изменяться в широких пределах (от −6000 об/мин до +6000об/мин), то есть генератор может работать и как электромотор. Поэтому скорость вращения колёс автомобиля изменяется плавно, бесступенчато. При этом мощность, получаемая генератором, не пропадает — в виде электрической энергии она поступает на «тяговый» электромотор и, объединяя усилия с моментом ДВС, приводит в движение автомобиль. Такой гибридный привод в целом называется HSD (Hybrid Synergy Drive — гибридный синергический привод).

Ссылки

СVT, вариатор, бесступенчатая коробка передач — что это такое?

CVT, вариаторная трансмиссия и она же бесступенчатая коробка передач является особой разновидностью автоматической коробки передач. Благодаря своей конструкции «вариатор» обеспечивает больший коэффициент полезной мощности, лучшую экономию топлива и более мягкое управление, по сравнению с другими типами коробок-автоматов.

Как управлять автомобилем с бесступенчатой коробкой передач (CVT)

Управляется автомобиль с вариаторной трансмиссией также, как и с любой другой автоматической коробкой передач: отсутствует педаль сцепления и переключение идёт по схеме P-R-N-D-L. Кардинальное отличие CVT только в том, что она не имеет ступеней передач (скоростей), как другие АКПП. Бесступенчатая автомат-коробка понижает или повышает обороты двигателя в зависимости от скорости автомобиля. Вы не услышите от неё характерных для АКПП звуков или ощущений при работе, ведь её задача — регулировать обороты двигателя в изменяющемся скоростном режиме.

Единственное, к чему следует привыкнуть водителям автомобилей, оснащённых CVT, это к ощущениям, что при работе педалью акселератора обороты двигателя нарастают и замедляются с запозданием. Это чувство нормально, так как умная CVT оптимизирует обороты двигателя, а для этого необходим период времени.

Как работает вариаторная автомат-коробка

Есть несколько конструкций вариаторной трансмиссии, но в большинстве автомобилей она использует пару шкивов переменного диаметра в виде противостоящих конусов, между которыми проходит зубчатый ремень или цепь. Один шкив соединён с двигателем (входной шкив), а другой — с ведущими колесами (выходной шкив). Половины этих шкивов являются подвижными. Когда половины этих шкивов приближаются навстречу друг другу, зубчатый ремень или цепь начинают подниматься вверх к большим диаметрам шкивов. Отношение передачи(скорости) напрямую зависит от изменяемого диаметра шкивов, нечто похожее вы можете увидеть на велосипеде: металлическая цепь переходит на какую-либо шестерню со своим диаметром в зависимости от выбранной скорости.

При условии, когда диаметр входного шкива меньше диаметра выходного, получается низкое отношение, которое пригодно для движения на низких оборотах. При ускорении автомобиля, диаметры этих шкивов понижаются, чтобы уменьшить обороты двигателя, так как увеличивается скорость автомобиля. Это похоже на работу обычной механической коробки или автоматической, но если в обычных передачах передаточное отношение изменяется благодаря прямому воздействию на выбор скоростей(передач) от самой низкой до самой высокой, то в коробке CVT передаточное отношение изменяется самостоятельно, в зависимости от оборотов двигателя.

Преимущества бесступенчатой коробки передач

  • Двигатели не достигают предельных оборотов на всех скоростях, благодаря системе CVT. Она рассчитывает и поддерживает наиболее высокую полезную работу двигателя, учитывая мощность двигателя, вращающий момент и расход топлива.
  • Во время движения водителю не стоит беспокоиться о том, когда надо переключить передачу — система все сделает сама.

Недостатки вариаторной трансмиссии

  • Самая большая проблема — адаптация самих водителей к этой системе. Водители не сразу привыкают к необычным шумам при работе двигателя, к работе двигателя на повышенных оборотах, к плавному и одновременно быстрому ускорению.
  • Второй минус — автомобиль с вариаторной трансмиссией стоит заметно дороже автомобиля с традиционной АКПП. Это подтвердят автодилеры и услуга оценки автомобиля в Москве ЮАО. За дополнительный комфорт и новейшие технологии, реализованные в автомобиле, приходится переплачивать.
  • Не столько минус, сколько важное замечание — вариаторная трансмиссия требует аккуратной эксплуатации и регулярного качественного обслуживания.

При всем своем удобстве, CVT стала более-менее популярной не так давно. Ранние версии вариаторов были ненадежны из-за резиновых ремней. Позже ремни были заменены плоской металлической цепью. Кроме того, для установки вариаторов было ограничение по мощности двигателя (до 100 л.с), так как в случае установки на более мощные двигатели, трансмиссия быстро выходила из строя. И только новейшие технологии позволили создать такие вариаторные трансмиссии, которые можно было установить на мощные двигатели, например, на автомобиль Nissan Maxima с 290 л.с, производитель которого заявляет, что надежность и долговечность его CVT не хуже, чем у обыкновенных передач. Стоит заметить, что CVT используют и другие производители автомобилей — известно, что Audi, Toyota, Mercedes-Benz тоже разработали свои CVT.

Подводя итоги, можно сказать, что бесступенчатая коробка — вариатор — в современном исполнении полным ходом завоевывает поклонников.

С этой статьёй читают:

Бесступенчатая трансмиссия — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Бесступенчатая трансмиссия (англ. Continuously Variable Transmission, CVT) — вид трансмиссии (передаточного устройства между двигателем и движителем (колёсами, гребным винтом и т. п.)), которая способна плавно изменять коэффициент передачи (отношение скоростей вращения и вращающих моментов двигателя и движителя) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.

Типы бесступенчатых трансмиссий

Бесступенчатые трансмиссии, как правило, классифицируются по типу передачи, обеспечивающей бесступенчатое изменение коэффициента передачи:

  • Электрическая передача — двигатель вращает генератор, электромоторы — колёса (автомобили Белаз, трактор ДЭТ-250, ЗИС-154).
  • Гидрообъёмная передача — двигатель вращает регулируемый гидронасос, поток масла по трубкам подаётся в гидромоторы, вращающие колёса (зерноуборочные комбайны Дон-1500).
  • Гидродинамическая передача, или гидротрансформатор — устройство из расположенных соответственно колёс с лопатками, перебрасывающих масло между колёсами. Хорошо сочетается с характеристиками ДВС, автоматически изменяя передаточное число, однако увеличение момента незначительно (до 2,5) и требует дополнительной коробки перемены передач (применяется в большинстве автоматических коробок передач легковых автомобилей и автобусов).
  • Вариатор — механическая передача, основанная на передаче вращения (момента) трением через промежуточное тело (ремень, ролик, шарик), которое можно переводить в любую точку переменного радиуса ведущего и/или ведомого колёс, получая изменение передаточного отношения. Наибольшее распространение получил «клиноременной вариатор» (применяется в зерноуборочных комбайнах «Нива», некоторых моделях современных легковых автомобилей, скутерах).
  • Комбинированная трансмиссия — основной момент передаётся через обычные механические передачи, а меньшая часть момента — бесступенчато, что позволяет до некоторой степени совместить достоинства разных типов передач.

Вариатор

Принцип действия бесступенчатой трансмиссии с клиновой цепью. Paботa вариатора Тороидная вариаторная трансмиссия системы Хейса, устанавливалась на автомобили марки Austin. Середина 1930-х.

В основе большинства современных автомобильных вариаторов — клиноременная передача. Один или оба шкива (ведущий и ведомый) оборудованы раздвижными боковинами; зазор между боковинами шкивов в простейшем случае определяется центробежным регулятором, также могут применяться нагрузочные муфты. При повышении частоты вращения двигателя и ведущего вала боковины ведущего вала сдвигаются, тем самым посадочный диаметр шкива увеличивается, а коэффициент передачи — уменьшается.

Ременная передача целесообразна для мопедов и автомобилей особо малого класса; для более тяжёлых машин применяется цепная передача на том же конструктивном принципе.

Дискошариковый вариатор с неограниченным диапазоном передаточного отношения целесообразно использовать в вариоколесах автомобилей малого и среднего класса[источник не указан 1720 дней].

История вариаторных трансмиссий

Первая бесступенчатая трансмиссия была запатентована в 1886 году. С 1950-х годов бесступенчатые трансмиссии широко применялись для бортовых авиационных электрогенераторов, приводимых в действие вспомогательными двигателями.

Первая автомобильная бесступенчатая трансмиссия c резиновыми клиновыми ремнями была применена в малогабаритных голландских автомобилях DAF (DAF 600), а после продажи отделения DAF, выпускавшего пассажирские автомобили, патент унаследовала Volvo.

В 1987 году клиновые вариаторы с цепным приводом были запущены в массовое производство Ford и FIAT (Ford Fiesta, FIAT Uno). В то же время Subaru наладило производство своей CVT, которую поставляло и поставляет другим автопроизводителям.

В конце 1990-х годов вариаторы начали устанавливать и на машины среднего класса, взамен традиционных гидромеханических АКПП.

Комбинированная трансмиссия

CVT, установленная на автомобиле Toyota Prius, разработчики назвали PSD (Power Split Device, устройство распределения мощности, «трёхходовая муфта»). Построено PSD на основе планетарной передачи, где с «солнцем» соединён генератор, «водило сателлитов» соединено с двигателем, а «коронная шестерня» — с электромотором и колёсами. Поскольку соотношение диаметров (числа зубьев) шестерён планетарной передачи постоянное, планетарная передача делит крутящий момент двигателя внутреннего сгорания в постоянном отношении. Однако мотор-генератор, соединённый с «солнцем» планетарной передачи, может быть больше или меньше нагружен электрическим током.

Управляет этим процессом контроллер гибридной системы автомобиля. Момент торможения и, соответственно, обороты генератора могут изменяться в широких пределах (от −6000 об/мин до +6000 об/мин), то есть генератор может работать и как электромотор. Поэтому скорость вращения колёс автомобиля изменяется плавно, бесступенчато. При этом мощность, получаемая генератором, не пропадает — в виде электрической энергии она поступает на «тяговый» электромотор и, объединяя усилия с моментом двигателя, приводит в движение автомобиль. Такой гибридный привод в целом называется гибридный синергетический привод.

См. также

Ссылки

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о