Варіатор як коробка передач: плюси і мінуси

Є такий вислів, що не можна навчити новим командам стару собаку. Варіатор CVT — це постійно змінює трансмісія. Його принципи були сформульовані понад 500 років тому Леонардо да Вінчі. На сьогоднішній день він вже став витісняти планетарну традиційну автоматичну трансмісію, яка використовується в деяких машинах.

Патент на варіатор CVT був зареєстрований в 1886 році, і ця технологія продовжує удосконалюватися і відточувати. На сьогоднішній момент більшість виробників, включаючи Audi, General Motors, Nissan і Honda, вже розробляють за технологією CVT нові трансмісії.

Для початку, порівняємо CVT зі звичайним автоматом. Передач більше немає.

Етапи розвитку CVT

1490 — Леонардо да Вінчі зобразив схематично безступінчату трансмісію;

1886 — патент на варіатор CVT;

1935 — патент США на варіатор CVT отримує Adiel Dodge;

1939 — з’являється повністю автоматична коробка перемикання передач, зроблена на планетарній передачі;

1958 — перший CVT варіатор для автомобіля встановлює Daf (Нідерланди);

1989 — першим проданим автомобілем в США з CVT варіатором став Subaru Justy GL;

2002 — Saturn Vue дебютувала з варіатором CVT; перший автомобіль з Saturn c CVT технологією;

2004 — варіатор CVT починає пропонувати Ford.

Основи автоматичних коробок перемикання передач (КПП)

Якщо ви знаєте, як працює автомат, то вам повинно бути відомо, що основним завданням автомата є те, щоб дозволити двигуну авто працювати у вузькому діапазоні вхідних швидкостей, а також отримувати на виході широкий діапазон швидкостей.

Якби в автомобілях не було трансмісії, то автомобілі їздили б тільки на передавальному числі, і воно підбиралось б в залежності від швидкості, яку бажає водій. Скажімо якщо швидкість авто 120 км / год, це означає, що передавальне число відповідає 3-й передачі.

Я думаю, що ви ніколи не пробували постійно їздити на 3-й передачі, але якщо ви спробуєте, то помітите, що ваше авто на середніх оборотах зовсім прискорюється, а ось на високих, навпаки, близько червоної зони починає ревіти двигун. В результаті, ваш автомобіль швидко б ламався.

З цього випливає, що КПП для роботи на певній швидкості використовує крутний момент двигуна ефективно і на максимальну потужність.

У традиційному автоматі все шестерні передач як би зачіпляються. Планетарні передачі створюють необхідну кількість передавальних чисел, тобто для 4-х передач вперед і ще однієї задньої передачі. В такому автоматі, водій, при перемиканні передач, відчуває невеликі легкі поштовхи.

основи CVT варіатора

Безступінчаті трансмісії, на відміну від звичайного автомата, не мають різних шестерень всередині набору, це означає, що відсутня зачеплення з зубчастими колесами. Найпростіший варіатор CVT працює завдяки хитромудрої і незвичайної системи шківів, які дозволяють реалізувати між мінімальними і максимальними значеннями, нескінченну кількість передавальних чисел, без дискретних перемикань і кроків.

Далі ми розповімо вам про різні типи воротарів CVT: гідростатичні, торроідние і кліноременниє.

кліноременний CVT варіатор

Якщо ви загляньте всередину звичайної автоматичної трансмісії, то побачите складний світ гальм, зчеплення, шестерень і різних пристроїв, що управляють. У порівнянні з цим світом, постійно змінюється трансмісія — сама простота. Майже всі CVT варіатори складаються з 3-х головних і основних компонентів:

1) Змінний «ведучий» шків;

2) Міцний гумовий і металевий ремінь;

3) Вихідний «ведений» шків.

На вариаторе CVT є різні датчики і мікропроцесори, але найголовніше в вариаторе — це ті 3 елементи, які ми назвали вам вище, саме вони виконують всю основну його роботу.

Шківи із змінним діаметром

Шків — це серце будь-якого CVT варіатора. Він складається з двох 20-градусних конусів, які розташовані обличчям один до одного. Ремінь рухається в жолобки між цими 20-градусними конусами. Вони зроблені з гуми і виконані у вигляді клина. Перетин ременя схоже на латинську букву V, тим самим збільшується коефіцієнт тертя ременя про шків.

Коли конуси розташовуються далеко один від одного, збільшується діаметр, ремінь починає опускатися нижче в жолобі, таким чином, зменшується навколо шківа радіус петлі ременя. Як тільки конуси зближуються знову, діаметр знову збільшується, ремінь починає підніматися в самому жолобі, тим самим збільшується радіус навколо шківа. Варіатори CVT також використовують відцентрову силу, гідравлічний тиск або напруга пружин, для створення зусиль, здатних змістити конуси відносно один одного.

Всі шківи зі змінним діаметром, йдуть завжди парами. Тобто один шків провідний, він з’єднаний з колінним валом двигуна авто. Ще його називають не провідним, а вхідним, тому що енергія двигуна, входить в трансмісію саме через нього. Другий шків називається вихідним, тому що завдяки цьому шківа відбувається передача енергії до карданного валу.

Радіус підстави делительного конуса — це відстань між місцем контакту ременя і жолоби і центром конусів. При розбіжності конусів, ремінь починає опускатися, таким чином, зменшується радіус ділильного конуса. А ось при сходженні конусів, ремінь навпаки піднімається і радіус збільшується. Передавальне число визначається радіусами підстави конуса провідного шківа до веденого. Коли один шків починає збільшувати свій радіус, то інший навпаки зменшує його для підтримки натягу ременя. Розмір радіусів шківів залежить один від одного, в результаті чого створюється безліч передавальних співвідношень — від високого до низького і будь-якого між ними. Припустимо, у ведучого шківа радіус малий, а у веденого шківа він великий, тоді швидкість обертання веденого зменшиться, що приведе до «низької» передачі. З цього випливає, що варіатор CVT реалізує як би нескінченне число «передач» і може вибирати їх в будь-який час і на будь-якій швидкості двигуна.

Простота варіатора CVT і його бесступенчатая природа роблять його чудовою трансмісією не тільки для самих автомобілів, але також і для інших технічних пристроїв. Щоб ви знали, варіатори дуже широко використовуються в різних потужних інструментах, а також в пресах для свердлильних верстатів. Також їх застосовують в моторних скутерах, тракторах і снігоходах. У кожному з цих випадків робота трансмісії полягає в гумовому ремені високої щільності, який вміє витягуватися і ковзати, в результаті чого знижується його ефективність.

Застосування в вариаторе CVT нових матеріалів, призвело до того, що він став продуктивніше і надійніше. Використання металевих ременів в з’єднанні шківів стало важливим кроком. Гнучкість ременів полягає в тому, що вони складаються з ряду (8 або 12) сталевих тонких стрічок, які фіксують міцні пластини металу.

Металеві ремені не створюють ковзання, тому служать вони набагато довше, це дозволяє витримувати варіатору CVT більший крутний момент двигуна. Вони набагато тихіше, ніж варіатори, які приводяться в рух гумовими ременями.

тороідний CVT варіатор

Є ще інший тип CVT варіатора — це тороідний система, вона замінює звичайні шківи і ремені на ролики і колеса.

Ця система тільки на перший погляд здається трохи відмінною від звичайного клиноремінного CVT варіатора, але ось функції, які виконують її компоненти — аналогічні, що призводить до одного й того ж результату, а саме до постійно змінюється трансмісії.

Принцип роботи тороідного CVT варіатора

Один диск з’єднаний з двигуном — принцип роботи ведучого шківа. А ось інший диск з’єднується з карданним валом — принцип роботи веденого шківа. Колеса і ролики, які розташовані між дисками, виконують завдання звичайних ременів, вони передають потужність з одного диска на інший диск.

Колеса обертаються навколо двох осей. Якщо точніше, то обертання відбувається навколо горизонтальної осі, або ж нахиляються всередину або назовні щодо вертикальних осей, таким чином, колеса стикаються з дисками. При контакті коліс біля центру з провідним диском, вони починають контактувати близько обіду також і з веденим диском, в результаті зменшується швидкість і збільшується крутний момент (низька передача). У разі якщо колеса починають близько обіду контактувати з провідним диском, то вони починають контактувати і з веденим, але вже біля центру, в результаті чого, це призводить до того, що збільшується швидкість і зменшується крутний момент (висока швидкість або як ще кажуть овердрайв) . Передавальне співвідношення механізму безперервно змінюється через простого нахилу коліс.

гідростатичний CVT варіатор

Тороідний варіатор і клиноремінною варіатор — це приклади фрикційних воротарів, які працюють тільки за рахунок того, що змінюють між 2-ма обертовими об’єктами радіус контактних точок. Але є ще один тип варіатора, який називається гідростатичним CVT варіатором, який використовує насоси змінного обсягу, які спеціально призначені для варіювання в гідростатичні мотори потоку рідини. У цьому пристрої колінний вал, обертаючись, призводить гідростатичний насос в дію. Потім насос перетворює просте обертальний рух в потік рідини. Таким чином, на виході ведений гідростатичний двигун перетворює потік рідини знову в обертальний рух.

Дуже часто зі зчепленням і планетарної передачею поєднують гідростатичну трансмісію, щоб створити гібридну систему, тобто гідромеханічна трансмісія. Вона передає від двигуна крутний момент до коліс 3-ма різними способами. Наприклад, якщо мала швидкість, то потужність передається за допомогою гідравліки, а якщо швидкість велика, то за допомогою механіки. Між цими положеннями для передачі крутного моменту трансмісія використовує як гідравліку, так і механіку. Дана гидромеханическая передача хороша для спецтехніки, призначеної для роботи у важких умовах, наприклад сільськогосподарські трактори.

переваги CVT варіатора

Постійно змінюється трансмісія стає все більш популярною не просто так. Виділяють кілька переваг, які влаштовують як прихильників екології, так і водіїв.

Основні переваги варіатора CVT і його ключові риси

1) Постійне прискорення, як від повної зупинки, так і до швидкості траси, виключаються поштовхи при перемиканні, їзда стає більш гладкою.

2) Двигун здатний перебувати постійно в оптимальній потужної зоні, тому що не залежить від швидкості руху, поліпшений витрата палива.

3) Добре реагує на команди водія, скажімо, якщо водієві потрібно змінити положення швидкості і дросельної заслінки. Виключається пошук оптимальної передачі, скажімо, якщо водій втрачає швидкість при їзді на автомобілі в гору.

4) На відміну від звичайної автоматичної трансмісії, втрата потужності в вариаторе — мінімальна, прискорюється краще.

5) На будь-яких швидкостях — оптимальні оберти двигуна, поліпшений контроль над шкідливими вихлопними газами.

6) Дозволяє легко реалізувати автоматичну версію механічних трансмісій, тобто заміна гідротрансформатора, в разі неефективності.

Тепер ми з вами розглянемо, що відчувають водії, які їздять на автомобілях з CVT варіатором.

Тестовий заїзд на авто з варіатором CVT

Перші автомобілі з варіатором з’явилися ще в Європі. Знадобилося багато часу, щоб ця технологія прийшла на американський ринок. У США, першим авто з варіатором став Subaru Justy.

З огляду на те, що це було між 1989 і 1993 р, авто продавалося дуже погано, тому що автомобіль Justy так і не зміг залучити в собі увагу американських водіїв. Але тоді що ж таке нове і цікаве з’явилося в автомобілях з останніми типами CVT воротарів, наприклад Saturn Vue, Audi A4-A6, Honda Insight і Nissan Murano? Відповісти на це питання допоможе «тест-драйв». У даній статті ми не будемо розповідати вам про тест-драйв даних автомобілів, тому всю інформацію по тест-драйву ви зможете знайти в Інтернеті. Щоб зрозуміти роботу двигуна потрібно порівняти роботу автомобіля з варіатором так і без нього.

Коли ви тиснете педаль газу на авто з варіатором CVT, то різниця буде помітна відразу. Двигун може розкрутитися тільки до певних оборотів, на яких він зможе зробити максимальний крутний момент, потім він залишається на них. При цьому автомобіль відразу ж не реагує. Тільки через якийсь час відбувається включення трансмісії, і автомобіль починає повільно, але впевнено розганяти без будь-яких додаткових перемикань передач. Взагалі по теорії автомобіль з варіатором повинен досягти позначки 100 км / год десь на 25% швидше такого ж самого авто з однаковим двигуном, але з механічною трансмісією.

Якби ви могли поглянути на графік потужності авто без CVT варіатора, то зрозуміли б, що так і повинно і бути. Щоб ви знали, двигун при кожній зміні передачі, змінює свої обороти, як з нижніх, так і до верхніх (тому водій відчуває поштовхи).

Варіатор CVT також добре використовувати, якщо ви збираєтеся їхати в гору. Не потрібно більше нишпорити, щоб знайти потрібну і оптимальну передачу, безступінчатий CVT варіатор знижує, залежно від умов їзди, передавальне співвідношення. А ось звичайний автомат, щоб знайти оптимальне передавальне число, перемикається вниз і вгору, в результаті чого втрачається ефективність.

Звичайно, слід сказати, що у варіатора є не тільки переваги, а й кілька недоліків. Перший недолік — це імідж. Наприклад, авто Subaru Justy, прославився тим, що став слабкою мікро машинкою. Справа в тому, що ще зовсім недавно кліноременниє CVT варіатори могли впоратися з обмеженим крутним моментом і поступалися в цьому показнику лише традиційним автоматам і механіці. Поступовий розвиток технології починає піднімати CVT варіатори на новий рівень потужних автомобілів. Наприклад, Nissan Murano з CVT варіатором непогано справляється з двигуном V6 3.5 л і потужністю 245 кінських сил — однак, на думку деяких клієнтів, потрібен час, щоб звикнути до цього агрегату.