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

Содержание

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).

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

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 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

Бесступенчатые трансмиссии CVT и их особенности

Бесступенчатые трансмиссии CVT и особенности их устройства

Современные автомобили проектируются с учетом множества факторов. Если отбросить выражение : что «автомобиль – это средство передвижения из пункта А в пункт Б», то комплектация, дизайн, характеристики и т.д. настолько важны для современного покупателя, что порой об изначальном назначении автомобиля можно и забыть.

Невозможно одной фразой обозначить все то, что сконцентрировано в автомобиле сегодня. Остановимся на одной – комфорт движения применительно к трансмиссии:

а именно – как бесступенчатая трансмиссия повышает комфорт при движении автомобиля.

Перед изготовителями стоят непростые задачи:

— как сделать комфортный и недорогой автомобиль в определенном сегменте (классе)

— как снизить расход топлива и добиться экономичности

— как снизить токсичность выхлопа и улучшить экологию производства

Ответом для многих изготовителей стало использование новых типов трансмиссий, так называемых бесступенчатых трансмиссий или CVT. Внедрение этих трансмиссий позволило улучшить и экологический вопрос – снижение токсичности выхлопа.

Изначально эти трансмиссии были созданы для улучшения плавности движения, так как в них не было фиксированных передач. В дальнейшем использование этих трансмиссий позволило решить задачи по топливной экономичности и экологичности.

Нынешние тенденции автомобилестроения связаны с экологией в большей мере. Это прослеживается не только в применяемых материалах при изготовлении автомобилей, но и во внедрении разработок комплексного характера, призванных уменьшить расход топлива. Иными словами – недостаточно поставить современный мотор в кузов 30 летней давности – это решит только часть проблем.

Например: если технология безсвинцовой пайки компонентов электронных блоков автомобилей носит только экологический характер, а материал, из которого изготовлены узлы, подлежит переработке – то это решение экологических вопросов, связанных с загрязнением окружающей среды. А снижение расхода топлива – это, в дополнении к экологическому, и экономический эффект. Однако суммируются все составляющие.

Как добиться экологии и экономии, не изменяя всю конструкцию автомобиля?

Инженеры модернизируют узлы, заменяя в них те компоненты, которые не соответствуют требованиям сегодняшнего дня. Один из таких узлов – трансмиссия, а именно – коробка передач. Первоначально коробки передач были механические, где выбор передачи был возложен на водителя. В соответствии с режимом движения, водитель обязан был включить ту или иную передачу (изменить передаточное число). Как показала практика, далеко не все водители могли это сделать вовремя. Часть водителей так и не научились в принципе управлять ручной коробкой передач. Это приводило к потере внимания и аварийности, особенно городах с интенсивным движением. Машина “управляла” водителем, так как “заставляла” выбирать передаточное число каждый раз при изменении режим движения. Кроме этого, неправильный выбор передаточного числа перегружал двигатель, чрезмерно изнашивая его и резко повышая токсичность выхлопа.

С внедрением автоматических коробок передач ситуация резко улучшилась. Теперь не машина управляла водителем – а водитель одной педалью выбирал режимы движения. Произошло снижение аварийности и за руль смогли сесть люди, которым не дано было освоить переключения ручной коробки на таком уровне, что бы их вождение не предоставляло опасности для окружающих. Токсичность выхлопа была снижена, так как водитель уже не мог совершить грубых ошибок выбора передаточного числа. Мотор мог работать в оптимальном режиме с точки зрения его ресурса и эмиссии выхлопа. Комфорт движения и легкость управления сделали автомобиль массовым.

Автоматическая трансмиссия работает таким образом, что все элементы находятся в постоянном зацеплении и в любой момент времени всегда включена определенная передача. Момент выбора передач был автоматизирован от условий движения.

С появлением электронно-управляемых автоматических трансмиссии, моменты переключения и выбора передаточных чисел стали, основаны — в том числе и на показаниях датчиков состава выхлопных газов. Таким образом, для современных автомобилей первоосновой являются ограничения по загрязнению окружающей среды. В моторах оборудованных электронными дроссельными заслонками и автоматическими трансмиссиями, учитывается только пожелания водителя изменить режим движения. Так как, нажимая на педаль акселератора, водитель непосредственно не открывает дроссельную заслонку двигателя, за него это делает компьютер, анализируя огромное количество параметров он принимает решение: есть возможность увеличить нагрузку на двигатель?, — и если «да» – то насколько? После этого компьютер выбирал оптимальную передачу в АКПП для этого режима, освободив водителя от этой задачи.

Тем не менее, все новые требования экологии выхлопа заставляют пересматривать и существующие концепции. Какие недостатки автоматических ступенчатых трансмиссий мешают сегодня снизить токсичность выхлопа и повысить комфорт движения? Да все те же передаточные числа, которые АКПП (AT) унаследовала от ручной коробки передач РКПП (MT). Принципиально АТ осталась МТ, только изменять передаточное число в ней стала автоматика, которая перестала ошибаться в “выборе передачи”. Если рассматривать вопросы комфорта движения – то толчки при переключении как MT, так и AT неизменны. Этих рывков лишена только CVT .

Рассмотрим скоростные и тяговые характеристики автоматической трансмиссии.

Рис 1. Скоростная характеристика трансмиссии
Рис 1. Скоростная характеристика трансмиссии

Рис 2. Тяговая характеристика автоматической трансмиссии
Рис 2. Тяговая характеристика автоматической трансмиссии.

Как видно из графика, при разгоне автомобиля ступенчатые АТ и РКП имеют “ пилообразную” характеристику. Иными словами они приближаются в какой-то момент к оптимальной характеристике двигателя, но полностью повторить ее не могут. Частичная аппроксимация кривой достигается в многоскоростных АТ (известны 7-ми ступенчатые АКПП), но все равно в определенные моменты работа двигателя будет неэффективна с точки зрения оптимизации отбора максимального крутящего момента. Многоскоростные АКПП намного сложнее и дороже, кроме того, они обладают большей массой. Это не вписывается в экономику производства автомобиля – при стремлении сделать более дешевый экземпляр, который должен быть экономичным, в том числе и из-за снижения общего веса. Кроме всего моменты переключения в MT и AT можно назвать “перегазовками “ – резким скачком оборотов двигателя. В этих переходных моментах работа двигателя не оптимальна с точки зрения эмиссии, толчки и удары приводят к дополнительному износу механизмов. Комфорта эти рывки тоже не добавляют.

Тяговая характеристика крутящего момента на выходном валу трансмиссии CVT лишена провалов, так как передаточные числа меняются линейно, а не ступенчато. Тем самым обеспечивается плавность движения при разгоне. Неравномерность крутящего момента двигателя от оборотов в АТ только умножается на передаточное число каждой передачи. Этим объясняется рывки и толчки при наборе скорости с АТ.

Высокий крутящий момент при нулевой скорости (Рис.2) обусловлен работой гидротрансформатора (ГТ), который из-за особенности конструкции в режиме ГТ, (трансформации крутящего момента) способен увеличить его теоретически в 2 раза, по сравнению с входным моментом от двигателя.

Решение данных проблем возможно только бесступенчатой АКПП (или CVT). Повторить кривую крутящего момента с максимальным приближением может только CVT. Так как изначально такая трансмиссия не имеет фиксированных передаточных чисел, а диапазон изменения очень большой и линейный, то в принципе, посредством электронного управления, можно получить любое передаточное число в заданном диапазоне.

Какие преимущества имеет CVT перед ступенчатыми трансмиссиями:

— плавность хода, особенно в области малых скоростей

— топливная экономичность за счет оптимизации работы двигателя

— снижение токсичности выхлопа

— оптимизация скоростных и тяговых характеристик

Рис. 3 Топливо – экономическая характеристика трансмиссии
Рис. 3 Топливо – экономическая характеристика
трансмиссии

Первые CVT на серийные автомобили стала устанавливать фирма NISSAN, и этим автомобилем была MICRA в Европе, или MARCH в Японии.

Модель этой трансмиссии была RE0F05A. В дальнейшем все остальные модели трансмиссий были усовершенствованием предыдущей. В начале 90-х годов не было технологий, позволяющих сделать дешевую CVT для автомобилей с большой мощностью мотора, и такие трансмиссии в основном ставились на маломощные моторы до 1300 см³. Трансмиссия первого поколения не способна была “переварить” большой крутящий момент. На сегодняшний момент эти машины почти не встретить на дороге из-за возраста. Но технологии не стояли на месте и фирме удалось разработать CVT, способную передавать крутящий момент от 2-х литрового двигателя мощностью 150 – 190 сил. Таким мотором в базовой линейке NISSAN был SR20. И вот в конце 97 года NISSAN выпускает серийно легковой седан с CVT трансмиссией. Это был NISSAN BLUEBIRD (синяя птица) c трансмиссией REOFO6A. Инженерные разработки этой трансмиссии используются как базовые для остального модельного ряда 2000х годов. Основу всех модификаций составляет стальной клиновый ремень и два конусных шкива с раздвижными половинами. Шкивы сжимают ремень, и за счет силы трения, ремень передает крутящий момент с одного шкива на другой.

Схематично это выглядит так:

Рис.4 Конструкция ремня CVT NISSAN , структурная схема CVT
Рис.4 Конструкция ремня CVT NISSAN , структурная схема CVT

Пластины набраны в пакет, этот пакет от рассыпания удерживают стальные ленты, набранные в пакет. На звеньях цепи есть направляющие приливы, они предназначены для укладывания звеньев в пакет при перегибе ремня. Так как крутящий момент передается нижней ветвью ремня, то стягивающие пластины не несут нагрузки растяжения – сжатия. Это позволяет увеличить передаваемый момент без разрушения коробки – нагрузку воспринимают звенья нижней ветви, как бы толкая ведомый шкив.

Почему более правильно назвать эту конструкцию ремнем, а не цепью? Скорее всего, потому, что у цепи должны быть звенья, а у звеньев зацепы для соединения со звездочками. Если рассматривать велосипедную цепь или цепь привода ГРМ современных моторов – то в зацеплении участвуют зацепы, как со стороны цепи, так и со стороны приводимого ей вала. Здесь нет зацепов, так как основной критерий – это трение, за счет которого происходит передача момента со шкива на ремень и обратно. Но не все CVT выполнены по такой схеме. Например, на CVT AUDI используется совсем другая конструкция ремня от компании Luk – там звенья нанизаны на оси и имеют большую подвижность и радиус перегиба. Но в этом случае именно штоки и сегменты ремня Несут нагрузку, так как рабочей является верхняя часть – эта конструкция работает как велосипедная цепь – тянет верхней ветвью.

Преимущества ремня LUK – больший радиус перегиба – тем самым можно получить больший диапазон изменения передаточных чисел. Недостаток – более сложная конструкция, нагрузка на сегменты и штоки за счет перегибов приводит к износу и появлению зазора в сегментах цепи, так как штоки являются как шарнирами, так и фиксаторами.

Преимущества ремня NISSAN – более дешевая конструкция, отсутствие зазоров от времени. Недостаток – нельзя сделать малый радиус перегиба, так как снижается ресурс стальных лент, вследствие этого диапазон передаточных чисел ограничен.

Рис.5 Конструкция ремня CVT компании Luk
Рис.5 Конструкция ремня CVT компании Luk

Ремень компании LUK позволяет передавать до 300 Nm крутящего момента, правда при давлении в шкивах 60 бар (пиковое 100 бар). Аналогичные CVT NISSAN RE0F09A устанавливаемые на моторы 3,5 литра могут передать такой момент при давлении 40 -50 бар, так как площадь контакта зацепления ремня и шкивов у NISSAN больше.

Дополнительные нагрузки на ремень обусловлены смещением дорожки — виртуальной линии зацепления со шкивами. Смещение дорожки вызвано силой выталкивания элементов ремня из выпуклого конического диска, деформацией диска под нагрузкой, угловому смещению и относительному скручиванию двух половинок конусного шкива.

Несмотря на то, что подвижная и неподвижная половинка шкива вращаются синхронно, за счет люфта в подвижном соединении возникает угловое смещение одной половины шкива относительно другой. Каждый ремень сконструирован так, чтобы компенсировать эти смещения. Если в LUK – это сферические торцы и вращение звеньев, то NISSAN оставляет зазор в пакете пластин, который выбирается в нижней части ветви при формировании радиуса дорожки.

В процессе работы любой трансмиссии возникают потери, которые снижают ее КПД.

О том, как разработчики снижают потери, улучшают динамические характеристики, снижают токсичность выхлопа и повышают топливную экономичность, вы узнаете в следующей статье.

ГАДЖИЕВ А.О
© Легион-Автодата

Гаджиев Арид Омарович, г.Москва, ул.Ермакова Роща 7А, территория 14 ТМП, www.nissan-A-service.ru тел. +79265256300, е-mail: [email protected], Союз автомобильных диагностов

Бесступенчатая трансмиссия — WiKi

  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

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

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

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

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

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 трансмиссия.

e-CVT (планетарно-электрический «вариатор» гибридных автомобилей)

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.

Бесступенчатая трансмиссия или вариатор

Бесступенчатая трансмиссия или вариатор

Что такое бесступенчатая трансмиссия? 

Бесступенчатая трансмиссия (Continuously Variable Transmission, CVT) – это разновидность автоматической трансмиссии, которая обеспечивает больше полезной мощности, меньший расход топлива и более плавный ход автомобиля, чем традиционная автоматическая КПП.  

 

Как работает вариатор или CVT

В обычной автоматической коробке используется набор передач, которые обеспечивают определенное количество передаточных чисел (скоростей). Трансмиссия переключает передачи, чтобы обусловить оптимальное передаточное число для конкретной ситуации: нижние передачи для начала движения, средние ¬– для ускорения и обгона, и высшие – для езды в топливосберегающем режиме. 

В бесступенчатой трансмиссии вместо шестерен используется два шкива переменного диаметра, каждый из которых имеет форму пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу, между которыми передвигается металлический приводной ремень. Один шкив соединен с двигателем (ведущий вал), другой – с ведущими колесами (ведомый вал). Половинки каждого шкива подвижны, при их сдвижении ремень передвигается выше по шкиву, увеличивая посадочный диаметр шкива. 

Изменение рабочего диаметра шкивов влияет на передаточное число (число вращений ведущего вала, приходящихся на каждый оборот двигателя), по тому же принципу 10-скоростной велосипед направляет цепь по бо́льшим или меньшим шестерням, чтобы изменить передаточное число. При уменьшении рабочего диаметра ведомого шкива и, соответственно, увеличении диаметра ведущего шкива уменьшается передаточное число (большое число оборотов двигателя дает малую частоту вращения колес), что приводит к высоким оборотам при низкой скорости. По мере разгона автомобиля шкивы меняют свой диаметр, чтобы снизить число оборотов двигателя, в то время как скорость автомобиля растет. То же самое происходит и в обычной коробке передач, но бесступенчатая трансмиссия, вместо того, чтобы изменять передаточное число поэтапно, по мере переключения передач, делает это плавно, без привязки к заданным интервалам, ступеням – отсюда и название. 

 

Управление автомобилем с бесступенчатой трансмиссией

Бесступенчатая трансмиссия имеет те же элементы управления, что и автоматика: две педали (газ и тормоз) и схема переключения скоростного диапазона P-R-N-D-L. При езде с бесступенчатой трансмиссией вы не услышите и не почувствуете переключения передач – она просто варьирует скорость вращения двигателя в зависимости от ситуации на дороге, увеличивая число оборотов при разгоне и уменьшая для достижения средней эксплуатационной скорости, способствующей экономии топлива. 

Многие люди при знакомстве с бесступенчатой трансмиссией приходят в замешательство из-за непривычного поведения машины. При резком нажатии на педаль газа двигатель разгоняется на холостом ходу, что обычно бывает при пробуксовке сцепления или выходе из строя автоматической трансмиссии. На самом деле это нормально – бесступенчатая трансмиссия регулирует число оборотов двигателя, чтобы обеспечить оптимальную скорость для разгона. В некоторых случаях бесступенчатую трансмиссию можно запрограммировать на более привычный для водителя режим – ¬то есть таким образом, чтобы изменять передаточное число поэтапно, как в обычной автоматической трансмиссии.   

 

Преимущества бесступенчатой трансмиссии

Двигатель не развивает постоянную мощность на всех скоростях. Он имеет особые скорости, на каждой из которых достигает своего максимального значения одна из характеристик двигателя – крутящий момент (тяговое усилие), мощность (в лошадиных силах) или топливная экономичность. В отсутствие передач, которые привязывали бы определенную скорость движения автомобиля к определенной частоте вращения двигателя, бесступенчатая трансмиссия может варьировать число оборотов по необходимости, чтобы достичь максимальной мощности и топливной экономичности. Это позволяет бесступенчатой КПП обеспечивать более быстрый разгон при минимальном расходе топлива по сравнению с автоматической или механической трансмиссией.

 

Недостатки вариатора

Самая большая проблема бесступенчатой трансмиссии – отношение к ней водителей. Так как бесступенчатая КПП позволяет увеличивать число оборотов на любой скорости, звуки из-под капота кажутся странными для уха, привыкшего к традиционной автоматической или механической трансмиссии. Плавное изменение скорости двигателя звучит так, как звучало бы «скольжение» в трансмиссии или пробуксовка сцепления – признаки неисправности в обычной коробке передач, но для бесступенчатой КПП такие звуки – совершенно нормальное явление. Если утопить в пол педаль газа в машине с автоматической трансмиссией, вы почувствуете рывок и резкий всплеск мощности, в то время как то же действие в автомобиле с бесступенчатой КПП вызовет плавное, но стремительное возрастание мощности до максимума. Такое поведение машины создает у некоторых водителей обманчивое ощущение слишком медленного разгона, но на самом деле в том, что касается ускорения, бесступенчатая трансмиссия даст фору любому автомату.  

Автопроизводители прикладывают немалые усилия для того, чтобы бесступенчатая трансмиссия «чувствовалась» как обычная коробка передач. Многие бесступенчатые трансмиссии запрограммированы на то, чтобы имитировать ощущение понижения передачи (кик-даун) при резком нажатии на педаль акселератора, как на традиционной автоматике; кроме того, в некоторых бесступенчатых КПП есть ручной режим управления, имитирующий обычную ступенчатую трансмиссию с переключением передач при помощи подрулевых лепестковых переключателей.  

Первые бесступенчатые трансмиссии имели ограничения по мощности, поэтому их долгосрочная надежность вызывала сомнения. Благодаря современным передовым технологиям они стали более надежными и выносливыми. Бесступенчатыми трансмиссиями оснащено более миллиона автомобилей Nissan по всему миру, и, по словам специалистов этой компании, их долгосрочная надежность сопоставима с традиционными трансмиссиями. 

 

Трансмиссия с разветвлением потоков мощности

Некоторые гибридные автомобили, такие как семейство Toyota Prius имеют особый вид трансмиссии, который называют трансмиссией с разветвлением потоков мощности. По ощущениям, она ведет себя как бесступенчатая трансмиссия, но в ней используется не ременная, а планетарная передача, которая получает крутящий момент как от бензинового двигателя, так и от электромотора. Варьирование скорости электромотора изменяет скорость и бензинового двигателя, что позволяет бензиновому двигателю либо работать с постоянной скоростью во время разгона машины, либо совсем остановиться.  

 

История создания и развития бесступенчатой трансмиссии

Бесступенчатую трансмиссию схематически изобразил еще Леонардо да Винчи в 1490 году. Применение ей впервые нашел голландский автопроизводитель DAF, оснастив ею свои автомобили в конце 1950-х, но из-за технических ограничений такая трансмиссия не подходила для работы с двигателями, мощность которых превышала 100 лошадиных сил. В конце 80-х и начале 90-х бесступенчатая трансмиссия появилась в малолитражке Subaru Justy, а в конце 90-х – в высокоэкономичном автомобиле Honda Civic HX. В конце 90-х и начале 2000-ых были разработана усовершенствованная бесступенчатая трансмиссия, совместимая с более мощными двигателями, и в настоящее время такими коробками передач оснащены автомобили  Nissan, Audi, Honda, Mitsubishi, и других марок. 

 

Автосервис «El-Cars» осуществляет весь спектр работ по обслуживанию и ремонту вариаторов!


← все статьи

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о