Клиноременная передача Continuously Variable Transmission
Механизм состоит из соосных ведомого и ведущего шкивов, на которых расположены конусные боковины, раздвигающиеся при увеличении центробежной силы. Когда первый шкив увеличивает радиус, то второй, в свою очередь, стремится уменьшить свой в целях поддержки натяжения ремня. Таким образом, создается невероятное количество передаточных соотношений, что положительно сказывается на состоянии двигателя и трансмиссии.
Основным недостатком данной системы являлся ограниченный ресурс клиновидного ремня, пока не был запатентован узел из наборных металлических пластин. Конструкция стала надежней и более функциональней, теперь ее применяют такие концерны, как Nissan и Honda.
Разновидности вариаторов
При использовании CVT необходимо понимать, что они бывают нескольких видов. Кратко рассмотрим особенности каждого из вариантов:
- Клиновидный ременной. Конструктивно состоит из пары шкивов, объединенных клиновой ременной передачей. Шкив состоит из пары дисков-конусов, которые сближаются или отдаляются с помощью гидравлики и специального пружинного механизма. Конусы находятся под 20-градусным углом, что обеспечивает плавное перемещение с минимальным сопротивлением. Современные коробки вариаторы имеют ремни, изготовленные из стальных полос, отличающихся большей прочностью, минимальной шумностью и высокой степенью надежности.
- Клиновидный цепной. По названию ясно, что в таких видах CVT применяется цепочка, которая сформирована из множества пластик. Передача момента осуществляется посредством фиксации со специальными дисками-конусами. В точках соприкосновения появляется высокая нагрузка, которая приводит к нагреву, что компенсируется за счет системы охлаждения. Такие устройства отличаются более высоким КПД, но в них нет реверса, что требует применения дополнительного устройства.
- Тороидный. В таком типе вариаторной КПП не предусмотрено ни цепной, ни ременной передачи. Конструктивно устройство состоит из 2-х валов с зафиксированными между ними роликовыми механизмами. Скорость меняется посредством изменения позиции роликов, а сам момент передается, благодаря контакту рабочих участков. Такой тип CVT применяется реже всего, но именно этот тип считается наиболее перспективным.
Требуемые инструменты для замены масла
Для того, чтобы замена масла в вариаторе прошла успешно, требуются инструменты из таблицы ниже.
Таблица — Инструменты и материалы необходимые для замены масла
| Инструменты и материалы | Примечание | |
|---|---|---|
| Очиститель | Поддон и магниты следует очистить от старой жижи и мелких металлических частиц | |
| Головка | Размер зависит от конкретного автомобиля. Обычно требуются головки “на 10”, “на 13”, “на 14”, “на 15”, “на 16”, “на 17” | |
| Вороток | Часто доступ к некоторым креплениям затруднителен. Поэтому желательно иметь удлинитель и трещотку. | |
| Лейка | На некоторых автомобилях для удобства заливки свежей смазки потребуется удлинить лейку маслостойким шлангом | |
| Тара | Емкость зависит от объема сливаемого масла. Обычно достаточно тары на 4-6 литра. | |
| Ветошь | Не оставляющая ворсинок |
Чем отличается вариатор от автомата в эксплуатации
В отличие от трансмиссий с механической и автоматической коробками передач в вариаторе реализован принцип бесступенчатой трансмиссии (CVT – общепринятая аббревиатура названия таких устройств). Двигатель автомобиля в CVT связан с колесами (движителями) абсолютно плавным изменением соотношения количества оборотов.
С одной стороны, это делает поездку на автомобиле чрезвычайно комфортной – нет необходимости переключать передачи как в механической коробке передач и полностью отсутствуют рывки и подергивания как в автомобиле с автоматической трансмиссией. С другой стороны, несмотря на внешне одинаковые с автоматической коробкой передач органы управления и режимы движения, из-за принципиального различия в конструкциях вариатор имеет свои особенности эксплуатации.
Прежде всего, это касается режима разгона: для водителя, впервые севшего за руль автомобиля с вариатором абсолютно непривычен режим разгона на постоянных оборотах двигателя. Для устранения этого эффекта в автомобилях с CVT возможна эмуляция (имитация электроникой на программном уровне) ручных режимов управления машиной с резким изменением количества оборотов (соответственно изменением привычного большинству автолюбителей звука двигателя). Только здесь надо понимать, что та же электроника не позволит «загнать» обороты двигателя в красный сектор тахометра.
Вообще же, вариатор хорош для любителей плавной и спокойной езды.
Детали вариатора весьма чувствительны к смазке и немедленное после запуска двигателя движение (особенно зимой) крайне нежелательно: масло не успевает поступить к трущимся деталям и, как следствие, повышенный износ и дорогостоящий ремонт. То же относится к любителям «рывка» на светофоре после установки селектора в нейтральное положение.
Наличие достаточного количества смазки в местах трения вариатора важно еще и потому, что эта специфическая смазка предотвращает проскальзывание приводного ремня или цепи (в этом проявляется уникальность свойств масла для вариаторов). Своевременная (как правило, после 60 тыс
км.) замена масла с маркировкой CVT – обязательное условие нормальной эксплуатации вариатора.
Ещё владельцам автомобилей, оснащенных вариатором, необходимо особенно тщательно следить за соблюденем правил езды с прицепом и буксировки. В связи с ограничением по мощности (хотя последние разработки вариаторов ставятся на автомобили с мощностью двигателя более 200 л.с.) езда с прицепом для большинства автомобилей с CVT нежелательна. На буксировку машин с вариатором также накладывается ограничение: масло в вариаторе должно находиться под давлением иначе возможен только вариант буксировки с частичным погружением передних колёс.
Наиболее распространённое проявление неисправности вариатора – лёгкие подергивания при переводе селектора в положение «Движение». Проявление такого признака свидетельствует о скором ремонте.
Вообще же ресурс вариатора ограничен даже при аккуратной эксплуатации и спокойной манере езды пробегом в 120 – 150 тыс. км. Это обстоятельство необходимо учитывать при приобретении машины с CVT вторичном рынке.
Коробка автомат на Audi: КПП S–Tronic и особенности
Начнем с того, что сегодня можно отметить активное развитие и совершенствование различных видов автоматических коробок передач. При этом каждый тип АКПП имеет как плюсы, так и минусы.
При этом главным недостатком принято считать то, что в момент переключения передач происходит разрыв потока мощности. Это сказывается на комфорте, динамике разгона, топливной экономичности и т.д.
Казалось бы, бесступенчатый вариатор решил эту проблему, однако надежность и низкая ремонтопригодность таких КПП ставит под сомнение вероятность того, что именно CVT вытеснят другие виды АКПП. По этой причине производители предлагают доработанные ступенчатые автоматические трансмиссии, причем как робот, так и автомат. Коробка S-Tronic Audi является представителем семейства роботизированных КПП.
В основу был положен принцип работы механической коробкой передач, однако имеется два вала и два сцепления. Наличие двух пакетов сцепления позволяет переключать передачи очень быстро, практически без разрыва потока мощности.
Все эти особенности позволяют значительно улучшить динамику, повышается комфорт и безопасность, появляется возможность снизить расход топлива и т.д. На автомобили Audi сегодня устанавливается роботизированная преселективная коробка передач s-tronic на 7 ступеней (скоростей). Ауди S-Tronic выдерживает крутящий момент до 550Нм. Коробка является сложной в конструктивном плане, однако неплохо сочетается с полным приводом.
КПП S-Tronic (аналог DSG-7) представляет собой коробку с «сухим» сцеплением. Агрегат имеет компактные размеры, что позволяет установить его на разные модели автомобилей (даже с учетом небольшого подкапотного пространства). Другими словами, преселективный автомат s-tronic можно встретить как на компактных Audi А1 и A3, так и на кроссоверах Audi Q3 и т.д.
Если рассматривать устройство, конструкция коробки С-Троник отличается высокой сложностью. Чтобы понять, как работает С-Троник, можно представить обычную механику МКПП с возможностью полностью автоматического переключения передач. Более того, таких коробок, объединенных в одном корпусе, сразу две. При этом одна имеет только четные, а другая нечетные передачи.
Пока одна передача включена, ЭБУ также держит следующую передачу выбранной и почти включенной. Когда приходит момент переключения, остается только подключить сцепление для вступления в работу следующей передачи. Переключение происходит за доли секунды, водитель практически не чувствует, что коробка перешла с одной ступени на другую.
Также существует и ручной режим переключения, для которого предусмотрены подрулевые переключатели (лепестки). Водитель получает возможность самостоятельно повышать и понижать передачи, задействовать всю мощность двигателя, который можно раскрутить до максимальных оборотов (по аналогии с МКПП).
Еще примечательно то, что коробка с-троник позволяет избавиться от недостаточной поворачиваемости авто благодаря тому, что пакеты фрикционов сжимаются во время поворота на право. При левом повороте выполняется блокировка гидроприводом. Результат — на правое колесо подается больше крутящего момента.
Также семиступенчатая коробка передач s-tronic имеет гибкую систему управления и самодиагностики. Если возникают неисправности и сбои, водитель получает информацию об ошибке. В этом случае необходимо посетить сервис для диагностики или выполнить ремонт S-tronic.
https://youtube.com/watch?v=yxoFJ2DJuHs
Достоинства и недостатки
При рассмотрении особенностей вариаторной КПП необходимо понимать ее слабые и сильные места.
К преимуществам CVT можно отнести:
- Плавное изменение скоростного режима. В отличие от гидротрансформаторной коробки-автомат вариатор обеспечивает увеличение и уменьшение скорости без малейших толчков / рывков.
- Повышенный срок службы мотора. При правильной эксплуатации, своевременной замене масла в вариаторе и выполнении других регламентных работ устройство обеспечивает плавную передачу момента на двигатель и тем самым продлевает его ресурс.
- Более экономный расход горючего, благодаря высокому КПД механизма. В среднем коэффициент полезного действия больше на 7-10%, если сравнивать с классической коробкой-автомат.
- Экологическая чистота механизма. В процессе работы вариаторная система выбрасывает в атмосферу меньше опасных компонентов (если сравнивать с другими «коробками»).
- Быстрый разгон. Отсутствие рывков способствует экономии времени в момент набора скорости, что обеспечивает лучшую динамику для автомобиля.
- Легкость управления. Достаточно выбрать нужный режим на ручке, чтобы начать движение.
Несмотря на преимущества, CVT имеет и ряд минусов:
- Трудности обслуживания. Ремонт и замена вариатора — очень дорогостоящая операция, за которую берутся единицы мастеров. Иногда приходится обзвонить не одно СТО, чтобы найти подходящий вариант.
- Высокая стоимость масла. Для заливки в CVT применяются специальные смазывающие составы, имеющие более высокую цену.
- Раз в 100-150 тыс. километров требуется замена ремня, что является дорогим удовольствием.
- Зависимость от электроники. Вариаторная КПП в процессе работы получает сигналы от многих датчиков. Если какой-то из них сбоит, система будет работать неправильно, а это ведет к необходимости ремонта вариатора и дополнительным расходам.
- Сравнительно небольшой ресурс. Вариаторная коробка не любит большие нагрузки, поэтому выходит из строя быстрей МКПП. В частности, для нее может оказаться критичной буксировка в снегу или грязи.
- Повышенный риск поломки из-за неправильной эксплуатации.
Производители постоянно работают над совершенствованием вариатора и устраняют недостатки. Многие слабые места, связанные с низкой надежностью, остались в прошлом. Но ресурс устройства во многом зависит от самого автовладельца и следования ряду правил.
Современный клиноременный вариатор
В современной конструкции КПП CVT применяются шкивы из сверхпрочного металла, а ремень – не эластичный жгут, а наборная лента из износостойкого металла (собирается из полосок, которые скрепляются между собой скобами). На ремень наносят специальное покрытие, защищающее от износа и проскальзывания.
Один из шкивов является ведущим. Он соединён с коленчатым валом двигателя (который служит преобразователем энергии, получаемой в результате сгорания топлива, в энергию вращения). Ведомый шкив соединен с колёсами авто. Шкивы имеют переменный диаметр (грани обода расходятся и сходятся, тогда ремень проходит уже не внутри, между ними, а поверх).
При небольшой скорости движения автомобиля диаметр ведущего шкива имеет минимальные значения, а ведомого – максимальные. При средней скорости диаметр одинаковый. При максимальной – размер ведущего увеличивается, а ведомого уменьшается. Изменяя размеры шкивов, изменяем передаточное число.
Механизмом «руководит» электронная система, опираясь на информацию с многочисленных датчиков (об оборотах вала, о вращении колес, сведения с самой трансмиссии).
Основные элементы вариатора
Шкивы и ремень являются лишь частью конструкции современных вариаторов и называются клиноременной передачей. Строение CVT (бесступенчатой коробки передач) гораздо сложнее, в корпусе агрегата предусмотрено немало других элементов.
Вспомним, что нам уже известно. Крутящий момент от двигателя передается на первичный вал, а затем на ведущий шкив. В этом процессе может быть задействован гидравлический трансформатор (предусмотрен не во всех моделях). Гидротрансформатор отсоединяет трансмиссию от двигателя, через него передается усилие от вала к шкиву.
После гидротрансформатора усилие переходит на ремень, а с него на ведомый шкив. Далее при помощи планетарного редуктора момент переходит на вторичный вал. И машина движется вперед. Чтобы автомобиль двигался назад, запускается планетарный механизм или режим заднего хода (изменяет направление вращения вала).
В конструкции предусмотрен и дифференциал, который распределяет нагрузку по колёсам (на дифференциал крутящий момент передается от промежуточного вала).
Электронная система, которая руководит всеми процессами внутри CVT, считывает информацию с датчиков и изменяет режим работы CVT. Датчики установлены там, где можно быстро получить сведения о скорости вращения валов, о температуре рабочей жидкости, о положении селектора (ручки КПП). Электроника учитывает нагрузку на двигатель, скорость движения авто, положение педали газа и многое другое.
В некоторых моделях вариаторов предусмотрена возможность ручного переключения скоростей, ступенчато, как на АКПП. В других могут присутствовать лишь спецрежимы: «спортивный», «экономичный».
Все описанные элементы помещены в один корпус.
Рабочая жидкость
Диаметр шкива изменяется за счет перемещения дисков. Перемещение оказывается возможным благодаря давлению рабочей жидкости – масла (гидравлическая система). Но это утверждение справедливо лишь в отношении ведущего шкива. На ведомом диски перемещаются от натяжения ремня и за счет возвратной пружины.
Для CVT разработано специальное масло. Жидкость проявляет фрикционные свойства (помогает уменьшить силу трения и износ трущихся поверхностей) при своей рабочей температуре (60-70 градусов выше нуля).
При движении со скоростью более 150 км/ч масло перегревается (рабочая температура возрастает до +80 градусов). Перегрева допускать нельзя, он негативно сказывается на сроке службы вариатора (CVT). Охлаждают жидкость с помощью дополнительно установленного маслоохладителя (радиатор).
Необходимо следить за уровнем масла: если количество слишком уменьшиться, ремень будет проскальзывать. И, чтобы не допустить засорения, менять жидкость необходимо каждые 60-150 000 км (раз в пять лет).
Принцип работы коробки передач CVT
Название коробки передач CVT – это ничто иное, как аббревиатура от английского словосочетания Continuously Variable Transmission, что дословно можно перевести, как непрерывно изменяющая передачи. Такой механизм еще называют вариатором или бесступенчатой трансмиссией. Основное отличие от других видов коробок заключается в отсутствии конечного числа фиксированных положений с разными передаточными числами.
Строго говоря, вариатор уже давно использовался на различных технических устройствах и транспортных средствах. К ним можно отнести: бензопилы, снегоходы и некоторые станки. Вся эта техника не обладает той мощностью, которая есть у автомобиля, и вариаторы в ней не подвергаются большим нагрузкам. Для установки на современные машины нужен был совершенно иной тип механизма, который был бы способен справляться с поставленными задачами. В результате долгих поисков, инженеры решили эту задачу.
Современная бесступенчатая трансмиссия представляет собой два шкива, соединенных между собой ременной передачей. Ремень изготовлен из сверхпрочных металлических сегментов клиновидной формы, нанизанных на жгут из износостойкого металла. Ведущий шкив соединен с коленчатым валом двигателя, а ведомый через приводные валы с колесами автомобиля. Это самая простая из всех конструкций КПП. При изменении оборотов двигателя и других параметров, диаметр ведущего шкива тоже изменяется, натягивая или ослабляя клиновидный ремень, что приводит к изменению передаточного числа. Размер ведомого шкива также не постоянен, но только за счет инерции и установленных в нем пружин. Всем этим процессом руководит «умная «электроника».
Вариатор в разрезе
Благодаря такому нехитрому устройству, трансмиссия, оборудованная вариатором, позволяет добиться абсолютной плавности хода, независимо от скорости оборотов коленчатого вала. Коробка передач CVT лишена такого понятия, как передача. Передаточное число при движении автомобиля меняется каждую секунду. При этом электроника выбирает оптимальные его параметры с большой точностью. Эти свойства коробки передач породили определенные особенности поведения автомобиля с CVT трансмиссией. Некоторые из них являются преимуществами данного вида трансмиссии, другие ее недостатками.
Правила езды на автомобиле, на котором установлен вариатор
Для длительной и безотказной службы бесступенчатой трансмиссии важно правильно эксплуатировать и обслуживать автомобиль, на котором установлен вариатор. CVT вносит ряд ограничений и особенностей, придерживаясь которых автовладелец максимально отсрочит дорогостоящий ремонт узла
Для большинства вариаторов вредно буксовать. В таком случае возникает перегрузка, вызывающая повышение температуры шкивов и ремня, а перегрев плох для масла и электроники. Если же во время буксования произойдет внезапный зацеп, то из-за резкого рывка ремень может проскользить по шкивам. В таком случае на конусах образуются задиры. В последующем ремень и шкивы при разгоне будут интенсивно изнашиваться и дорогостоящий ремонт не заставит себя долго ждать.
Езда по бездорожью также противопоказана большинству вариаторов. Все же существуют виды CVT, которые устанавливаются на кроссоверы. Съезд с дороги для таких машин допустим, но без критических нагрузок.
Рекомендуется отказаться от резких стартов. Вжимание педали газа в пол может вызвать пробуксовку ремня. В таком случае на шкивах появляются борозды, существенно влияющие на ресурс узла.
Буксировка также нежелательна для автомобилей с вариатором. Она вызывает перегруз и перегрев узла. В некоторых случаях возможно растяжение ремня или появление борозд на конусах
Особое внимание следует уделить работе трансмиссии в холодное время. При морозах масло начинает густеть
Поэтому важно прогревать вариатор зимой до начала поездки. Нормальная работа бесступенчатой трансмиссии возможно только когда смазка находится в пределах допустимой температуры
На автомобиле с вариатором не стоит перевозить тяжелые грузы. В таком случае возможны негативные последствия такие же, к которым приводит буксировка.
Для нормальной работы вариатора необходимо своевременно обновлять прошивку. В противном случае из-за «детских болезней» программного обеспечения CVT может работать неоптимально и даже переходить в аварийный режим.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Внешне вам не удастся отличить автомобиль с вариаторной коробкой передач. Все как на любом автомате: две педали и рычаг переключения режимов трансмиссии. Но сев за руль, вы сразу отметите плавность смены передач. При наборе автомобилем скорости, а также при торможении, вариатор последовательно меняет передаточное число, без участия водителя и имеет бесчисленное количество коэффициентов.
Изначально, само по себе устройство CVT коробки не сложное — два шкива, ведущий (соединен с двигателем) и ведомый (соединен с колесами), между ними протянут ремень. Но по мере эксплуатации вариаторов, как и любого другого узла, выявляются определенные недостатки и нюансы. В результате накопления знаний, производители дорабатывают механизмы, добавляют блоки и дополнительные элементы.
Современный вариатор — это уже не два шкива, а слаженная работа отдельных элементов под управлением программного обеспечения. Гидротрансформатор, степ-мотор, соленоиды-регуляторы, ремни и цепи сложной конструкции, продуманная система смазки и охлаждения.
Например, широкий диапазон передаточных чисел в вариаторе обеспечивает устройство под названием step motor (шаговый двигатель). Получая команду от электронной системы управления, шаговый двигатель по средствам давления рабочей жидкости сдвигает, либо раздвигает конусы ведущего шкива, меняя коэффициент.
Конусы же ведомого шкива сдвигаются и раздвигаются под действием ремня/цепи. В коробках разных поколений, роль шагового двигателя могут брать на себя соленоиды-регуляторы.
По конструкции можно разделить бесступенчатые коробки на несколько типов:
- Конусные;
- Клиноременные и цепные;
- Тороидальные;
- Зубчатые.
В автомобилестроении широкое применение получили клиноременные и цепные вариаторы со шкивами изменяемого диаметра. Тороидальные и зубчатые, в виду сложности конструкции и других нерешенных проблем, если и применялись, то скорее в качестве экспериментов.
Впервые вариатор был применен на легковой машине DAF 600, представленной в 1958 году на Амстердамском автосалоне. Бесступенчатая трансмиссия получила название DAF Variomatic. За 4 года (1959-1963), был выпущен в общей сложности 30591 автомобиль.
Поскольку объем двигателя у DAF 600 был всего лишь 590 куб. см, с мощностью 19 л. с., клиноременный вариатор DAF Variomatic показал себя более чем успешно. За необычную по тем временам систему привода, DAF 600 шутливо называли «автомобилем на подтяжках».
Основные механизмы вариатора (из чего состоит CVT?)
Бесступенчатая коробка включает гораздо большее число механизмов. Её работа невозможна без целого ряда узлов, которые обеспечивают полноценную работу трансмиссии. Например, вариатор не может самостоятельно обеспечить задний ход автомобиля. За это отвечает планетарный редуктор. Если бы не было сцепления, то крутящий момент сразу же поступал на колеса. Чтобы автомобиль начинал движение и ускорялся плавно, в конструкции CVT предусмотрено автоматическое сцепление. Оно может быть:
- центробежным (CVT Transmatic);
- многодисковым «мокрым» (CVT Multitronic);
- электромагнитным (CVT Hyper);
- гидротрансформаторным (CVT Xtronic, Autotronic, Multidrive).
Гидротрансформаторное сцепление встречается повсеместно, другие разновидности встречаются намного реже. Сцепление с гидротрансформатором максимально плавно передает момент, продлевая срок службы коробки передач. Также такое сцепление исключает проскальзывание на высоких оборотах, но может перегреваться, о чем подскажет мерцающий индикатор на приборной панели. Конечно, все устройства должны работать под управлением единого «мозгового» центра, которым в вариаторе выступает блок управления. К нему поступают сигналы от датчиков, считывающих данные самых разных систем.
Программная часть обрабатывает информацию и изменяет режим работы коробки передач. Водителю достаточно выбрать нужный режим – «спортивный», «экономичный». Некоторые модификации вариаторной коробки позволяют ступенчато в ручном режиме переключать передачи. Главной технической жидкость выступает трансмиссионное масло, которое поступает в нужные масляные каналы за счет работы гидроблока.
Внутри корпуса можно найти фильтры (грубой и тонкой очистки), магниты, улавливающие металлическую стружку – продукт износа механических частей коробки.
Выбираем масло в вариатор (по марке)
В связи с тем, что CVT быстро перегревается, ему требуется отдельный радиатор. Это устройство охлаждает моторное масло и отводит лишнее тепло.
