Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия
Когда речь идет о современных коробках передач, чаще всего встречается вариаторный тип. Вариатором называют КПП, в котором нет ступеней, что позволяет значительно повысить мощность двигателя. Срок эксплуатации двигателя в этом случае увеличивается, а расход топлива уменьшается.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Инженеры разработали множество типов вариаторных кпп, но автомобильные компании используют тороидный и клиноременной виды.
В основе двух типов лежит принцип бесступенчатой трансмисии и отсутствие рывков пи передаточном числе от коленвала. Именно при такой организации функционала повышается КПД и разгон двигателя проходит плавно.
Устройство клиноременного вариатора и его компоненты
- Два шкива, один из которых ведущий, другой выполняет роль ведомого.
Шкив представляет собой конический диск. Оба они соединены ремнем клиновидного типа. Скорость автомобиля и обороты в определенный момент движения определяются при помощи положения шкивов. - Клиновидный ремень, который представляет собой металлический гибкий ремень с насаженными на него пластинами трапециевидного типа. Иногда наблюдаются изменения конструкции. Так, компания Audi заменяет ленту металлической цепью.
- Комплекс сервоприводов. Их основная задача – сдвигать и раздвигать шкивы.
- Система, контролирующая разъединение и соединения коленвала и ведущего шкива. Изменения в устройстве возможны. Все зависит от компании-разработчика. Наиболее распространёнными вариантами являются такие, как электромагнитное, автоматическое центробежное, «мокрое» многодисковое и сцепление гидротрансформаторное.
- Автоматика, которая управляет работой вариаторной коробки передач. Она определяет, какой диаметр должны иметь ведущий и ведомый шкивы в данное время и обеспечивает его, передавая необходимый сигнал на сервоприводную систему. В функции автоматики также входит контроль за работой системы соединения и разъединения коленвала и ведущего шкива.
Тороидная КПП вариатор
Ввиду сложности конструкции системы такой тип вариатора встречается крайне редко. Он представляет собой полусферу, состоящая из двух дисков с роликом. Ролик зажимается между ними, а изменение передаточного числа прямо пропорционально зависит от смены положения ролика.
Когда ролик двигается налево, левый диск двигается медленнее. Потому правая часть ролика цепляется за край правого диска, заставляя его вращаться быстрее. Дальнейшая передача крутящего момента обеспечивается сложной системой шестерёнок и роликов.
Теперь, когда стал понятен принцип работы вариатора, следует пояснить, какие основные особенности в работе имеет этот механизм.
Вариатор клиноременного типа и механизм его работы
Когда автомобиль начинает двигаться, ремень двигается максимально ввиду того, что конусы ведомого шкива сдвинуты. Позже, когда они раздвигаются на максимум, движение ремня уже проводится по минимальному охвату. В результате крутящий момент доходит до максимальной отметки, и автомобиль начинает движение.Автоматика подает сигналы сервоприводам при увеличении скорости и приводит в движение конусы ведомого шкива. Как результат происходит смена передаточного числа в кпп вариатор клиноременного типа.
Минусы коробки передач типа вариатор
- Сравнительная сложность конструкционной системы и её относительно недолговечный период эксплуатации, что влечет за собой высокую себестоимость деталей (не нужно забывать при этом о трансмиссионном масле, необходимый объём которого составляет 5-6 литров) и обслуживание. При этом наиболее часто в первую очередь замене подлежит ремень, потому что на него приходятся постоянные нагрузки.
- Автомобиль испытывает сложности буксировки, если возникает какая-то поломка. В этом случае поможет только эвакуатор. Проблемы при буксировке автомобиля в случае его поломки и необходимость его перемещения исключительно на эвакуаторе.
- Невозможность резкого перехода при движении на предыдущую передачу и конструктивное ограничение по передаче крутящего момента.
Преимущества коробки вариатор
- Двигатель работает с низким уровнем шума, обеспечиваемая тем, что во время движения вариатор не выводит обороты двигателя на максимальные. Однако, это зачастую пугает водителей, ранее эксплуатировавших автомобили, оснащённые классическими коробками переключения передач.
- Плавный ход. Ни один тип коробок переключения передач, даже такие как роботизированная коробка передач и коробка передач dsg не способны дать такой эффект, так как в кпп вариатор ступени отсутствуют физически. Отметим, что ряд моделей с коробкой cvt имеют заявленную функцию ручного переключения передач, но это всего лишь автоматически зафиксированные положения ведомого и ведущего шкивов.
Также к преимуществам коробки вариатор зачастую причисляют низкий расход топлива и более быстрый разгон автомобиля. Теоретически это совершенно правильно, ведь применение вариатора даёт больший КПД двигателя, но практика показывает, что это всего лишь миф и авто с классическими типами кпп разгоняются с той же скоростью и потребляют немногим больше топлива.
Если подытожить всё вышесказанное, то можно сказать, что на сегодняшний день коробки переключения передач вариаторного типа несомненно являются одной из самых технологичных разработок и гарантируют плавность хода и комфорт во время движения. Однако это компенсируется недолговечностью конструкции и высокой стоимостью её обслуживания. Поэтому, если Вы не готовы выкладывать круглую сумму за ремонт авто, но при этом предпочитаете агрессивный и спортивный стиль вождения, обратите своё внимание на роботизированные кпп либо на автомобили, оснащённые автоматическими коробками передач с функцией типтроник.
Вариатор это коробка передач или что такое вариатор ⛔
- Что же такое вариатор
- Принцип работы вариаторной коробки передач
- Клиноременный вариатор
- Цепной вариатор
- Конструкция цепного вариатора
- Тороидный вариатор
- Коробка передач вариатор — плюсы и минусы
- Плюсы вариатора
- Минусы вариатора
- Признаки неисправности вариатора
- Наиболее частые поломки в вариаторах
В рамках рассмотрения разнообразных коробок передач сегодня речь пойдет о вариаторе. В данной статье мы подробно расскажем что такое вариатор или правильнее, вариаторная коробка передач. Особенно важдной эта информация будет для автолюбителей, которые только приобрели или планирують купить себе железного коня. Чтобы определиться с покупкой автомобиля с вариатором, просто внимательно изучите информацию и сделайте для себя правильные выводы.
Немного пройдемся по истории этой коробки передач для машины. Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии появился не в эпоху Возрождения. А попозже — лет через пятьсот, в 1950-х годах. Вариатор ставился серийно на автомобили DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовики, но и легковушки). Потом нечто похожее начали делать и на Volvo. Но по-настоящему широкое распространение агреготоры получили в настоящее время.
Все что нужно знать про типтроник в обзоре от TopGears
Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи.
«Второе рождение» вариаторы переживают с начала 1990-х годов. Причем наиболее преуспели в их применении на автомобилях японские компании. Особенно распространенными стали клиноременные вариаторы. Крутящий момент в которых передается между двумя шкивами изменяемого диаметра посредством специального металлического ремня.
Как проверить мембрану газового редуктора узнаете из нашего обзора
К совершенствованию этого типа трансмиссии инженеры приложили значительные усилия. Постепенно росли показатели крутящего момента, с которым агрегат мог справиться. А соответственно, и рабочий объем двигателя, в паре с которым он мог работать. В результате к началу 2000-х годов вариаторы стали настолько совершенными и выносливыми, что их начали применять не только на малолитражных легковых машинах, но и на кроссоверах и внедорожниках, в том числе достаточно крупных.
Совершенствовался в процессе выпуска не только алгоритм управления, но и сам агрегат
В ходе рестайлинга 2014 года вариатор получил радиатор охлаждения, чтобы исключить вероятность его перегрева. А с выпуском автомобиля актуального ныне поколения на смену прежнему агрегату пришел новейший, с индексом CVT8. При разработке этой трансмиссии специалистам Jatco удалось расширить рабочий диапазон передаточных чисел с 7,0 до 8,0. Это позволило обеспечить более интенсивный разгон при старте. А применение масла с более низкой вязкостью позволяет эффективно бороться с потерями на трение.
Что же такое вариатор
Автомобиль, оборудованный вариатором, на первый взгляд, ничем не выдаёт себя — педалей всего две и рычаг переключения режимов трансмиссии — P, R, N, D — такой же, как и у машины с традиционной АКПП. Всё привычно. Но работает вариатор совершенно по-другому. В нём нет фиксированных первой, второй, десятой передач. Попробуйте представить себе, сколько звёзд в нашей Вселенной или сколько песчинок на всех пляжах Земли вместе взятых — у вариатора передач всё равно намного больше. И «переключение» между ними происходит плавно и незаметно.
Не вдаваясь глубоко в технические недра, то вариатор являет собой систему, в которой тяга от двигателя к колесам передает клиновой ремень или цепь. Он в свою очередь натянут между двумя шкивами, которые состоят из пары конусов направленных вершинами друг к другу. За счет того, что конусы в каждом шкиве могут сближаться либо расходиться – выходит шкив с переменным диаметром. Конусы разошлись в стороны – ремень между ними побежал за коротким диаметром. Конусы сблизились – ремень начал «бегать» по большому кругу. Если на одном валу конусы сходятся, то на другом – расходятся, и в соответствии с этим – изменяется передаточное число, которое нужно для быстрого разгона автомобиля, либо для его движения с максимальной скоростью.
При этом фиксированных передаточных чисел, как в какой либо другой коробке передач – в вариаторе нет. Ведь диаметры у шкивов изменяются бесступенчато, максимально незаметно. Отсюда и показательная плавность работы, которая при разгоне лишена каких бы то ни было задержек или рывков, которые присущи даже самым совершенным автоматическим коробкам.
Представить такую трансмиссию можно. Если взять в качестве примера велосипед, у которого вместо набора звездочек стоят два конуса, а вместо цепи — ремень. Если с помощью той же электроники оперативно регулировать надежное перемещение ремня от конуса большого диаметра к конусу малого диаметра на одном конце передачи, то так же будет изменяться и передаточное усилие на другом конце, приводящем в движение колесо. Это и делает велосипедист, передвигая цепь с малой звездочки на большую.
Вариатор вначале отлично зарекомендовал себя на маломощных транспортных средствах (например, на скутерах). А вот мощные двигатели быстро изнашивали ремень. Со временем, ему на смену пришла стальная наборная лента, да и конусы уже давно не используются. Хотя сам принцип передачи крутящего момента остался прежним. А вот для старта с места в большинстве случаев используется гидротрансформатор. Так что потери энергии, хоть и в меньшем количестве, чем у классических трансмиссий, у вариатора есть.
Современные вариаторы достаточно надежны и рассчитаны на весь срок службы автомобиля
Правда, бывают случаи, когда выходит из строя блок управления. А эта «деталька» может стоить несколько десятков тысяч гривен. Ее поломка – удел машин с вариаторами старой конструкции.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Как уже указывалось выше, коробка представляет собой эволюционную разновидность классической механической коробки передач. Но если для «механики» присущи переключения со ступени на ступень при помощи шестерен (при этом, важную роль играет сцепление), то здесь передачи переключаются без участия каких-либо зацепных узлов и уж тем более, без сцепления. Именно поэтому по плавности переключения со ступени на ступень этому виду трансмиссии сегодня нет равных. По типу принято различать следующие виды бесступенчатых вариаторов: клиноременные, цепные, торроидные.
Клиноременный вариатор
Клиноременные трансмиссии стали первым типом бесступенчатой коробки передач, которая устанавливалась на легковые автомобили. Как правило, эти машины имели небольшой по объему и мощности двигатель, так как использовавшийся в механизме ремень не выдерживал больших нагрузок и часто выходил из строя.
В основе конструкции такого вариатора лежит ременная передача. Она состоит из двух шкивов конусообразной формы и клиновидного ремня, натянутого между ними. Передача крутящего момента от ведущего шкива к ведомому происходит при помощи специального ремня. То есть за счет сил трения, возникающих в пятне контакта ремня и шкивов. Пятно контакта представляет собой окружность, имеющую свой эффективный диаметр.
Таким образом, если мы будем изменять эффективный диаметр на входном и выходном шкивах, то будет меняться и передаточное отношение, а следовательно, и скорость движения автомобиля. Если диаметр ведомого шкива больше ведущего, то передача будет понижающая, если меньше — то повышающая. Если диаметры входа и выхода равны, то передача прямая. Изменение эффективного диаметра контакта происходит за счет изменения расстояния между конусами шкивов: одна часть шкива закреплена неподвижно, а вторая имеет возможность осевого перемещения.
Цепной вариатор
А ещё в качестве клинового ремня может выступать широкая пластинчатая стальная цепь, соприкасающаяся с конусами своими краями. Именно такой «ремень» работает в вариаторах машин Audi.
Интересно, что для смазки цепи применяется особая жидкость, которая меняет своё фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом. Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие, практически не проскальзывая, несмотря на очень маленькую площадь контакта.
Как именно вариатор будет менять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. Если при разгоне на обычном автомобиле мы на каждой передаче раскручиваем двигатель, затем переходим на следующую передачу и так далее, то при наборе скорости автомобиля с вариатором мотор остаётся на одних и тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), зато плавно меняется передаточное отношение.
Как ездить на механике читайте в нашем обзоре
Это создаёт несколько странные ощущения. Жмём газ в пол, мотор выходит на большие обороты, да так и остаётся на них в течение всего разгона, воя как пылесос. Зато темп разгона — высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится.
Впрочем, в некоторых случаях механизм настраивают так, чтобы разгон с ним больше напоминал увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным ростом оборотов мотора.
Разумеется, при попытке заехать на холм и при замедлении авто, несмотря на нажатие педали газа, умный вариатор не оставит «включённой» высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно — чтобы увеличить крутящий момент на выходе из коробки.
Конструкция цепного вариатора
Цепной вариант имеет желобчатые конусы (звездочки) 8 и цепь с выдвижными пластинами 9. Вариатор передает момент зацеплением пластин цепи с зубьями звездочек и лишь частично является фрикционным. Пластины клинового сечения смонтированы в специальной обойме 10 и легко перемещаются в поперечном направлении. При работе часть пластин пакета входит во впадины звездочки, а остальные выталкиваются зубом и входят во впадины противолежащей звездочки. Звездочки посажены на вал так, что против выступа одной находится впадина другой. Максимальное изменение частоты вращения в 6 раз, передаваемая мощность до 5о кВт.
Предварительное натяжение цепи создается специальным устройством, состоящим из пластин 1, рычагов 2 и пружины 3. Пружина способствует уменьшению динамических нагрузок.
Звездочки перемещаются вдоль оси рычагами, шарнирно закрепленными на гайках винта. Поворот рычагов осуществляется от электродвигателя 4 через червячную 5 и цепную 6 передачи и винт. На винте расположен червяк червячной передачи, соединенной со стрелкой-указателем 7 частоты вращения. Под стрелкой размещена кнопочная станция, включающая электродвигатель. В привод включена предохранительная фрикционная муфта для предотвращения перегрузок.
Тороидный вариатор
Первый патент на конструкцию трансмиссии с тороидным вариатором был получен Чарльзом Хаитом в 1877 г. Такие трансмиссии производства Perbury-Hayes предлагались для установки на автомобили в 30-х годах прошлого столетия. Однако они могли передавать небольшой крутящий момент и из-за отсутствия соответствующих материалов и технологий имели низкую долговечность. Основная проблема при создании заключается в том, что величина передаваемого крутящего момента прямо зависит от величины сил трения в контакте ролика с колесами, и чем выше передаваемый момент, тем больше должна быть сила трения, причем при очень малой площади контакта.
Высокие контактные напряжения поверхностей деталей вариатора могут привести к их разрушению
На Токийском автосалоне 1999 г. компания Mazda продемонстрировала трансмиссию, которая включает в себя два тороидных вариатора, двухступенчатую планетарную передачу и два автоматических сцепления. При троганьи автомобиля с места планетарная передача понижает передаточное число, в целях получения высокого крутящего момента. На большой скорости привод на колеса осуществляется непосредственно от тороидного вариатора. Коробка включает в себя и главную передачу с дифференциалом и предназначена для поперечной установки на переднеприводные автомобили.
Главные элементы здесь – ролики и соосные диски, между которыми передается крутящий момент. Для изменения отношения должно поменяться положение роликов.
В тороидном вариаторе между двумя колесами со сферической (тороидной) рабочей поверхностью зажимаются ролики. Одно колесо является ведущим, а другое — ведомым. Передача крутящего момента обеспечивается силами трения между рабочими поверхностями колес и роликами. Изменение положения оси роликов в поперечной плоскости приводит к изменению передаточного числа, равного отношению радиусов окружностей, проходящих через точки контакта колес с роликом.
В зависимости от угла поворота ролика ведомое колесо может вращаться с той же скоростью, что и ведущее. С большей или меньшей, если ролик поворачивается. При использовании тороидного вариатора необходимо обеспечить возможность получения заднего хода и отключения вариатора от двигателя с помощью сцепления.
Все типы вариаторов управляются электронными блоками управления. В них аккумулируется информация о крутящем моменте двигателя, скорости автомобиля и прочих характеристиках. На основании этих данных электроника дает команду КПП повышать или понижать передачу.
Коробка передач вариатор — плюсы и минусы
Устройство агрегата основано на принципе ременного или цепного привода передачи крутящего момента на привод. По сути, на вариаторе используется тот же принцип передачи крутящего момента, что и на велосипедах с несколькими скоростями.Если на обычных коробках применяется планетарный механизм переключения передач, то вариатор не имеет физических передач вообще. Вместо этого используется ремень (или цепь) и конусные шкивы, между которыми и вращается ременный привод (цепной).
Вариатор обеспечивает автомобилю бесконечное количество коэффициентов передачи крутящего момента от двигателя на колеса
Плюсы вариатора
Самое главное достоинство вариаторной коробки передач это то что она позволяет экономить топливо. Автомобили с вариатором кушают на два литра бензина меньше на сотню км пробега, чем конкуренты с АКПП.
- Увеличенный ресурс мотора за счет плавного разгона (нет повышенной нагрузки при переключении на пониженную передачу)
- Если сравнивать с классическим автоматом, то вариаторной коробке требуется меньше времени для разгона транспортного средства.
- Один из лучших показателей расхода топлива за счет бесконечного количества передач
- Отсутствует переключение передач – соответственно меньше потерь в разгонной динамике. Отсутствие рывков, провалов, задержек при переключении, так как передач бесчисленное количество
- При динамичном разгоне вариатор поддерживает всегда максимальные обороты двигателя. Соответственно на колесах всегда максимальная мощность мотора
- Отсутствие пробуксовки на льду или влажном покрытии
- Лучшее сцепление с дорожным покрытием при разгоне
- Даже разгоняясь, не производит много шума;
- Удобное управление автомобилем и комфорт при движении
- Самая экологичная трансмиссия. Она не задымляет настолько сильно атмосферу, как его оппоненты МКПП и АКПП.
Минусы вариатора
- Увеличенный расход на обслуживание ТО по сравнению с остальными коробками передач.
- Устанавливают на автомобили с максимальной мощностью до 220 сил. Вариаторная коробка передач не любит большие нагрузки на трансмиссию.
- Грубая и небрежная эксплуатация ведёт к его быстрой поломке
- Эксплуатация авто с CVT не допускается в условиях бездорожья. По отзывам такие агрегаты более чувствительны к агрессивной езде.
- Ремонт этой коробки обойдется вам дороже ремонта традиционного автомата.
- Вариаторные коробки передач сильно зависимы от работоспособности контроллеров и датчиков.
- Если один из датчиков покажит неисправность, это может сказаться на работе вариатора в целом
- Необходимость регулярной смены трансмиссионной жидкости. Чтобы масло могло выполнять функции, его уровень должен быть в норме.
- Ремонт достаточно дорогостоящий и сложный;
- Небольшой ресурс ремня у активного водителя;
Признаки неисправности вариатора
Рассмотрим же основные причины поломки и пути их исправления. Почему, несмотря на прогрессивность конструкции и явно высокий интерес к вариаторам со стороны производителей, многие потребители отказываются от приобретения машин с подобными деталями?
В большинстве случаев неисправность вариатора сложно не заметить. На приборке может загореться лампочка «Service required» или «Slow down». Электроника может начать «давить» мотор и не давать ему развивать обороты выше 2 тыс. об./мин. Также возможно появление различных рывков или толчков во время переключения, посторонних звуков и т. д. Точно установить то, что вариатор неисправен, позволяет комплексная диагностика.
Появление шума объясняется неисправностью подшипников или проблемами с ремнем
Понять, что именно не так, позволяет только комплексная диагностика. Специалисты отмечают, что поиск неисправностей в вариаторе довольно сложный по сравнению с АКПП. Здесь нельзя проверить давление масла, оценить его состояние и дать заключение.
Наиболее частые поломки в вариаторах
- износ подшипников конусов с характерным гулом автомобиля;
- рассогласование в работе ведущего и ведомого шкивов и, как следствие, рывки автомобиля при работе;
- загрязнения радиатора и перегрев автомобиля при работе двигателя;
Износ шкивов большинство сервисов решают путем их шлифовки, однако такая «косметика» не дает значительного эффекта. Более того бытует мнение, что после таких процедур срок службы шкивов значительно сокращается. Сегодня данную методику практически никто не использует. Времена меняются и сегодня нет необходимости что-либо восстанавливать. Любые запчасти, даже для самых «неходовых» коробок можно без проблем достать.
Подшипники и шкивы вариаторов в большинстве случаев меняются. Хотя есть среди вариаторов и такие, в которых это сделать невозможно или крайне сложно. По этой причине выполняется полная замена узла в сборе. Проблемы с подшипниками дают о себе знать характерным гулом, который слышен при определенных условиях. Такой ремонт уже не является чем-то немыслимым и выполняется на большинстве СТО. Подшипники дифференциала выходят из строя по причине перегрева. Однако большой проблемы в этом нет, любые подшипники меняются и их можно купить на портале Термополис, равно как и ремень. Процедура стандартная и сегодня найти специалиста, который правильно ее выполнит не составит труда.
Также к распространенным поломкам можно отнести износ посадочного места редукционного клапана, расположенного в корпусе маслонасоса. В данном случае причина неисправности вариатора заключается в том, что металлическая пыль, попадая на рабочие поверхности, приводит к нарушениям в работе узла. Клапан начинает клинить, в результате давление масла выходит из-под контроля, шкивы начинают не совпадать, а ремень начинает проскальзывать.
Сбои в работе электроники узла также могут вызвать различного рода проблемы вариатора
Неполадками электроники могут служить нарушения контактов в клеммах. Сюда же можно отнести и повреждение жгута электропроводки. Если в работе автомобиля наблюдается своего рода раскачивание в нейтральном положении, то в самую пору обратить внимание на состояние электроники.
Неисправности блока управления вариатора, гидротрансформатора или муфты переднего хода могут привести к проблемам при трогании автомобиля с места или сложностям при переключении передач до конца. Удары при переключении селектора говорят об отклонении давления в магистрали. Причиной неисправности при переключении передач может послужить и лопаточный переключатель. Последствием данной поломки станет проблема при переключении передач вручную.
Свидетельством неисправности вариатора служит запах горелого масла в салоне автомобиля. При проявлении указанного признака стоит проверить уровень и состояние масла. Если в наличии имеется дым, а масло потемнело, то это явные показатели того, что в работе вариатора имеются определенные проблемы.
Как работают вариаторы | HowStuffWorks
Некоторые говорят, что старую собаку нельзя научить новым трюкам. Но бесступенчатая трансмиссия (CVT), которую Леонардо да Винчи разработал более 500 лет назад и которая сейчас заменяет планетарные автоматические трансмиссии в некоторых автомобилях, — это старая собака, которая определенно научилась нескольким новым приемам. Действительно, с тех пор, как в 1886 году был подан первый патент на тороидальный вариатор, технология совершенствовалась и совершенствовалась. Сегодня несколько производителей автомобилей, в том числе General Motors, Audi, Honda и Nissan, разрабатывают свои трансмиссии на базе вариаторов.
В этой статье мы рассмотрим, как вариатор работает в типичном заднеприводном автомобиле, ответив на несколько вопросов по пути:
Реклама
- Чем вариатор отличается от обычной планетарной автоматической коробки передач?
- Какие у него детали и как они работают?
- Какие преимущества у вариаторов по сравнению с обычными автоматическими коробками передач? А недостатки?
- Какие ощущения от вождения автомобиля с вариатором?
- Какие марки и модели оснащены вариаторами?
- Существуют ли другие области применения вариаторов помимо автомобилей?
Во-первых, мы сравним бесступенчатую коробку передач с традиционной автоматической коробкой передач.
Реклама
Содержание- Основы передачи
- Шкивные вариаторы
- Тороидальные вариаторы
- Гидростатические вариаторы
- Тест-драйв вариатора
Если вы читали о структуре и функциях автоматических трансмиссий в книге «Как работают автоматические трансмиссии», то знаете, что работа трансмиссии заключается в изменении соотношения скоростей между двигателем и колесами автомобиля. Другими словами, без трансмиссии у автомобилей была бы только одна передача — передача, которая позволяла бы автомобилю двигаться с желаемой максимальной скоростью. Представьте на мгновение, что вы ведете машину, у которой есть только первая передача, или машину, у которой есть только третья передача. Прежний автомобиль хорошо разгонялся бы с полной остановки и мог бы подняться на крутой холм, но его максимальная скорость была бы ограничена всего несколькими милями в час. Последний автомобиль, с другой стороны, будет лететь со скоростью 80 миль в час по шоссе, но у него почти не будет ускорения при трогании с места, и он не сможет взбираться на холмы.
Таким образом, трансмиссия использует диапазон передач — от низкой до высокой — для более эффективного использования крутящего момента двигателя при изменении условий движения. Передачи могут включаться вручную или автоматически.
Advertisement
В традиционной автоматической трансмиссии шестерни буквально представляют собой шестерни — взаимосвязанные зубчатые колеса, которые помогают передавать и изменять вращательное движение и крутящий момент. Комбинация планетарных передач создает все различные передаточные числа, которые может создавать трансмиссия, обычно четыре передачи переднего хода и одна передача заднего хода. Когда этот тип трансмиссии переключает передачи, водитель может чувствовать толчки при включении каждой передачи.
Основы вариатора
В отличие от традиционных автоматических трансмиссий, бесступенчатые трансмиссии не имеют коробки передач с заданным числом передач, а значит, у них нет блокирующихся зубчатых колес. Наиболее распространенный тип вариатора работает на оригинальной системе шкивов , которая обеспечивает бесконечную вариативность между высшей и низшей передачами без дискретных шагов или переключений.
«» Двигатель Ford Freestyle Duratec с вариаторомФото предоставлено Ford Motor Company
Если вам интересно, почему слово «шестерня» до сих пор фигурирует в описании бесступенчатой трансмиссии, помните, что, вообще говоря, шестерня относится к отношению частоты вращения вала двигателя к частоте вращения карданного вала. Хотя вариаторы изменяют это передаточное число без использования набора планетарных шестерен, они по-прежнему описываются как имеющие низкие и высокие «шестерни» для условности.
Далее мы рассмотрим различные типы вариаторов: шкивные, тороидальные и гидростатические.
Реклама
Шкивные вариаторы
Загляните в планетарную автоматическую коробку передач, и вы увидите сложный мир шестеренок, тормозов, сцеплений и управляющих устройств. Для сравнения, бесступенчатая трансмиссия представляет собой образец простоты. Большинство вариаторов имеют только три основных компонента:
- Мощный металлический или резиновый ремень
- Ведущий шкив с регулируемым входом
- Выходной ведомый шкив
Вариаторы также имеют различные микропроцессоры и датчики, но три компонента, описанные выше, являются ключевыми элементами, обеспечивающими работу технологии.
Реклама «»HowStuffWorks
Шкивы переменного диаметра являются сердцем вариатора. Каждый шкив состоит из двух 20-градусных конусов, обращенных друг к другу. Ремень проходит в канавке между двумя конусами. Клиновые ремни предпочтительнее, если ремень изготовлен из резины. Клиновые ремни получили свое название из-за того, что ремни имеют V-образное поперечное сечение, что увеличивает фрикционное сцепление ремня.
Когда два конуса шкива находятся далеко друг от друга (при увеличении диаметра), ремень движется ниже в канавке, и радиус петли ремня, огибающей шкив, уменьшается. Когда конусы расположены близко друг к другу (когда диаметр уменьшается), ремень проходит выше в канавке, и радиус петли ремня, огибающей шкив, увеличивается. В вариаторах может использоваться гидравлическое давление, центробежная сила или натяжение пружины для создания усилия, необходимого для регулировки половин шкива.
Шкивы переменного диаметра всегда должны поставляться парами.
HowStuffWorks
Когда один шкив увеличивает свой радиус, другой уменьшает свой радиус, чтобы ремень оставался натянутым. Поскольку два шкива изменяют свои радиусы относительно друг друга, они создают бесконечное число передаточных чисел — от низкого до высокого и всего, что находится между ними. Например, когда радиус шага мал на ведущем шкиве и велик на ведомом шкиве, тогда скорость вращения ведомого шкива уменьшается, что приводит к более низкой «передаче». Когда радиус шага велик на ведущем шкиве и мал на ведомом шкиве, тогда скорость вращения ведомого шкива увеличивается, что приводит к более высокой «передаче». Таким образом, теоретически вариатор имеет бесконечное количество «передач», которые он может включать в любое время, при любом двигателе или скорости автомобиля.
Простота и бесступенчатость вариаторов делают их идеальной трансмиссией для различных машин и устройств, а не только автомобилей. Вариаторы уже много лет используются в электроинструментах и сверлильных станках. Они также использовались в различных транспортных средствах, включая тракторы, снегоходы и мотороллеры. Во всех этих случаях в трансмиссиях используются резиновые ремни высокой плотности, которые могут проскальзывать и растягиваться, что снижает их эффективность.
«» Металлический поясHowStuffWorks
Использование новых материалов делает вариаторы еще более надежными и эффективными. Одним из наиболее важных достижений стало проектирование и разработка металлических ремней для соединения шкивов. Эти гибкие ремни состоят из нескольких (обычно девяти или 12) тонких стальных полос, которые скрепляют высокопрочные куски металла в форме галстука-бабочки.
Металлические ремни не скользят и обладают высокой прочностью , что позволяет вариаторам выдерживать больший крутящий момент двигателя. их тоже тише , чем вариаторы с резиноременным приводом.
Реклама
Тороидальные вариаторы
Другой вариант вариатора — тороидальная система вариатора — заменяет ремни и шкивы на диски и силовые ролики .
Хотя такая система кажется совершенно иной, все ее компоненты аналогичны системе ремня и шкива и приводят к тем же результатам — к бесступенчатой трансмиссии. Вот как это работает:
Объявление
- Один диск подключается к двигателю. Это эквивалентно ведущему шкиву.
- Другой диск соединяется с приводным валом. Это эквивалентно ведомому шкиву.
- Ролики или колеса, расположенные между дисками, действуют как ремень, передавая мощность от одного диска к другому.
HowStuffWorks
Колеса могут вращаться по двум осям. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и наклоняются внутрь или наружу вокруг вертикальной оси, что позволяет колесам касаться дисков в разных местах. Когда колеса соприкасаются с ведущим диском около центра, они должны соприкасаться с ведомым диском около обода, что приводит к снижению скорости и увеличению крутящего момента (т. е. к пониженной передаче). Когда колеса касаются ведущего диска у обода, они должны соприкасаться с ведомым диском около центра, что приводит к увеличению скорости и уменьшению крутящего момента (т. Е. Повышающей передаче). Таким образом, простой наклон колес постепенно изменяет передаточное число, обеспечивая плавное, почти мгновенное изменение передаточного отношения.
Реклама
Гидростатические вариаторы
И вариатор со шкивом и клиноременным ремнем, и тороидальный вариатор являются примерами фрикционных вариаторов, которые работают за счет изменения радиуса точки контакта между двумя вращающимися объектами. Существует еще один тип вариатора, известный как гидростатический вариатор, в котором используются насосы с переменным рабочим объемом для изменения подачи жидкости в гидростатические двигатели. В трансмиссии этого типа вращательное движение двигателя приводит в действие гидростатический насос на стороне привода. Насос преобразует вращательное движение в поток жидкости. Затем с помощью гидростатического двигателя, расположенного на ведомой стороне, поток жидкости снова преобразуется во вращательное движение.
«»HowStuffWorks
Часто гидростатическая трансмиссия сочетается с планетарной передачей и муфтами для создания гибридной системы, известной как гидромеханическая трансмиссия . Гидромеханические трансмиссии передают мощность от двигателя на колеса в трех различных режимах. На низкой скорости мощность передается гидравлически, а на высокой скорости мощность передается механически. Между этими крайностями трансмиссия использует как гидравлические, так и механические средства для передачи мощности. Гидромеханические трансмиссии идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации, поэтому они часто используются в сельскохозяйственных тракторах и вездеходах.
Реклама
Преимущества бесступенчатой трансмиссии
Бесступенчатые трансмиссии становятся все более популярными по уважительной причине. Они обладают рядом преимуществ, которые делают их привлекательными как для водителей, так и для защитников окружающей среды. Вот некоторые из ключевых характеристик и преимуществ бесступенчатых трансмиссий:
Особенности
- Постоянное бесступенчатое ускорение от полной остановки до крейсерской скорости
- Работает для поддержания оптимального диапазона мощности автомобиля независимо от того, насколько он быстр. путешествие
- Лучше реагирует на изменяющиеся условия, такие как изменение дроссельной заслонки и скорости
- Меньшие потери мощности в вариаторе, чем в типичной автоматической коробке передач
- Лучшее управление диапазоном оборотов бензинового двигателя
- Может включать автоматизированные варианты механических сцеплений
Преимущества
- Устраняет «удары переключения» — делает езду более плавной
- Улучшенная топливная экономичность раздражает, особенно при подъеме в гору
- Лучшее ускорение
- Улучшенный контроль выбросов
- Замена неэффективного гидротрансформатора
В следующем разделе мы рассмотрим, каково управлять автомобилем с бесступенчатой трансмиссией.
Реклама
Тест-драйв вариатора
Автомобили с вариаторами были распространены в Европе в течение многих лет. Но потребовалось некоторое время, чтобы технология закрепилась в Соединенных Штатах. Первым серийным автомобилем с вариатором в США был Subaru Justy.
«»Фото предоставлено Subaru Justy
Продаваемый в период с 1989 по 1993 год, Justy никогда не привлекал внимания американских водителей. Так чем же отличаются более новые автомобили с вариатором, такие как Saturn Vue, Audi A4 и A6, Nissan Murano и Honda Insight? Лучший способ ответить на этот вопрос — взять одну из этих машин на тест-драйв.
Реклама
Когда вы нажимаете на педаль газа автомобиля с бесступенчатой трансмиссией, вы сразу замечаете разницу. Двигатель набирает обороты до тех оборотов, при которых он производит наибольшую мощность, а затем остается на этом уровне. Но машина реагирует не сразу. Затем, мгновение спустя, включается коробка передач, которая разгоняет машину медленно, равномерно и без каких-либо переключений. Теоретически автомобиль с вариатором должен развивать скорость до 100 км/ч на 25% быстрее, чем такой же автомобиль с тем же двигателем и механической коробкой передач [ссылка]. Это потому, что вариатор преобразует каждую точку на рабочей кривой двигателя в соответствующую точку на своей собственной рабочей кривой.
Если вы посмотрите на кривую выходной мощности автомобиля без вариатора, вы увидите, что это правда. Обратите внимание, что тахометр в этой ситуации показывает обороты двигателя вверх и вниз при каждом переключении передач, что записывается как всплеск на кривой выходной мощности (и который водитель ощущает как толчок).
Вариаторы одинаково эффективны на холмах. Нет «рыскания по передаче», потому что вариатор бесступенчато переключается на передаточное число, соответствующее условиям движения. Обычная автоматическая коробка передач переключается вперед и назад, пытаясь найти нужную передачу, что гораздо менее эффективно.
При всех своих преимуществах вариаторы имеют некоторые недостатки. В США до сих пор пытаются решить проблему имиджа. Subaru Justy, например, был известен как безвольный микроавтомобиль. Традиционно вариаторы с ременным приводом были ограничены по крутящему моменту, с которым они могли справиться, и были больше и тяжелее, чем их автоматические и механические аналоги. Технологический прогресс поставил вариаторы на первое место среди конкурентов — вариатор Nissan Murano может работать с его 3,5-литровым двигателем V6 мощностью 245 лошадиных сил — но первое впечатление трудно изменить.
Для получения дополнительной информации о бесступенчатых коробках передач и смежных темах перейдите по следующим ссылкам.
Реклама
Много дополнительной информации
Статьи по теме
Другие полезные ссылки
- InsightCentral.net: Бесступенчатая трансмиссия
- Edmunds.com: Бесступенчатая трансмиссия становится популярной
- MSN Autos: Разработка новых трансмиссий
Источники
- Берч, Стюарт. 2000. Audi переносит бесступенчатую трансмиссию из 15 века в век 21. Международный автомобильный инжиниринг онлайн. Январь.
- Карни, Дэн. 2002. Противостояние небольших внедорожников. Популярная наука. 18 февраля.
- Глоссарий Cars.com. Бесступенчатая трансмиссия (CVT).
- Вариатор: бесступенчатая трансмиссия.
- Британская энциклопедия 2005, с.в. «автоматическая коробка передач.» CD-ROM, 2005.
- Gizmology.net. Заметки о бесступенчатых трансмиссиях.
- Джоб, Энн. Разработка новых трансмиссий. МСН Авто. По состоянию на 20 марта 2005 г.
- InsightCentral.net. Вариаторная трансмиссия.
- Клюгер, Майкл А. 2000 г. Подготовка к вариаторам. Технология сегодня. Летний выпуск.
- Линерт, Дан. 2003. Круто. Где я могу получить один? Популярная наука. 16 января.
- Линерт, Дан. 2003. Ввод энергии в тротуар. Популярная наука. 13 августа.
- Меммер, Скотт. Вариатор входит в мейнстрим. Эдмундс.com. По состоянию на 20 марта 2005 г.
- Nissan USA. Xtronic вариатор.
Процитируйте это!
Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:
Уильям Харрис
«Как работают вариаторы»
27 апреля 2005 г.
HowStuffWorks.com.
Citation
Чего ожидать от своего первого вариатора — Driving.ca
Купили новый (или новый для вас) автомобиль с бесступенчатой трансмиссией? Вот несколько вещей, которые вы должны знать
Автор статьи:
Джастин ПритчардОпубликовано 28 декабря 2020 г. • Последнее обновление 19 мая 2021 г. • 3 минуты чтения
Присоединяйтесь к беседе
Nissan Sentra 2020 г. Фото Джастина Причарда / ВождениеСодержание статьи
Если прошло несколько лет с тех пор, как вы купили новый (или новый для вас) автомобиль, возможно, вы не знакомы с концепцией бесступенчатой трансмиссии (CVT), или вы просто не знаете, чего ожидать при первом вождении.
Объявление 2
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание статьи
И если вы ищете новый автомобиль или кроссовер, скорее всего, вы столкнетесь с этим типом автоматической коробки передач в нескольких рассматриваемых вами моделях. Многие производители используют вариаторы, в том числе Honda, Hyundai, Nissan, Subaru и многие другие. [ Только не называйте это «вариаторной коробкой передач». Это все равно, что сказать «банкомат». — Ред. ]
Приносим свои извинения, но это видео не удалось загрузить.
Попробуйте обновить браузер или
нажмите здесь, чтобы посмотреть другие видео от нашей команды.
Что ожидать от вашего первого вариатора Назад к видео
Приносим свои извинения, но это видео не удалось загрузить.
Попробуйте обновить браузер или
нажмите здесь, чтобы посмотреть другие видео от нашей команды.
Двигатель и трансмиссия автомобиля работают так же, как велосипед. Двигатель и ваши ноги выполняют одну и ту же работу — обеспечивают мощность, используемую для поворота колес. Передача — это то место, где это происходит; на велосипеде трансмиссия представляет собой два зубчатых колеса, соединенных цепью. В автомобиле коробка передач может быть автоматической, механической с педалью сцепления или какой-либо другой.
Рекомендовано редакцией
Принцип работы: Бесступенчатая трансмиссия (CVT)
Сравнение внедорожников: Hyundai Venue 2020 г. и Nissan Kicks 2020 г.
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружен, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание артикула
Точно так же, как велосипедные трансмиссии имеют многочисленные конфигурации шестерен и цепей, автомобильные трансмиссии также имеют многочисленные конфигурации. Смысл? Хотя некоторые трансмиссии работают немного иначе, чем другие, все они делают одно и то же: буквально передают мощность вашего двигателя на колеса.
Вы, наверное, привыкли к ступенчатой трансмиссии, возможно, пятиступенчатой механической или шестиступенчатой автоматической. Этот тип трансмиссии работает как лестница: между верхним и нижним пределом есть заранее установленное количество ступенек, которые необходимо преодолеть, пока автомобиль разгоняется до скорости. Когда вы трогаетесь с места, автомобиль использует первую передачу, похожую на легкую передачу на велосипеде.
Как и в случае с велосипедом, трансмиссия автомобиля переключается или повышает скорость по мере набора скорости. Когда передача переключается вверх, это похоже на подъем по ступеньке этой лестницы. С каждым шагом или переключением на более высокую передачу обороты двигателя падают. Это похоже на последовательное включение более высоких передач на нашем велосипеде по мере его ускорения: с каждой более высокой передачей — или шагом вверх по лестнице — колеса двигаются быстрее относительно скорости нашего вращения педалей.
Объявление 4
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание статьи
В вариаторе отсутствуют шестерни и ступени, заменив весь комплект и кабину удобной рампой. Вместо ступенек у нас есть одна наклонная линия — и нет необходимости делать большой шаг от одной передачи к другой. Когда вы плавно нажимаете на педаль газа в автомобиле с бесступенчатой трансмиссией, частота вращения двигателя стремится подняться примерно до 2000 оборотов или около того, и он начинает ускоряться. Обороты остаются примерно постоянными по мере увеличения скорости автомобиля, а поскольку рампа означает отсутствие шагов, а отсутствие шагов означает отсутствие переключения, вариатору нет необходимости переключаться вверх или вниз.
В вариаторе обороты остаются примерно постоянными по мере увеличения скорости автомобиля, а поскольку рампа означает отсутствие ступеней, а отсутствие ступеней означает отсутствие переключения, вариатору не нужно переключаться вверх или вниз. ускорение автомобиля, так как частота вращения двигателя остается довольно постоянной, звук имеет тенденцию быть более изысканным, и нет никаких переключений передач, прерывающих плавный поток мощности на колеса. Поскольку вариаторы призваны помочь поддерживать постоянную скорость двигателя, избавляясь от необходимости повышать и понижать обороты через набор последовательных передач (или ступеней), топливная экономичность также повышается. Проще говоря, двигатели более экономичны, когда они работают с постоянными оборотами, а не увеличивают и уменьшают обороты через набор передаточных чисел.Объявление 5
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание артикула
С места водителя вариатор практически не виден, ничего нового, к чему можно было бы привыкнуть. Заведи двигатель, переведи машину в режим D, нажми на педаль газа и вперед. Нужно пройти или объединиться? Твердый удар по дроссельной заслонке вызывает всплеск оборотов двигателя, и автомобиль разгоняется плавной волной без переключений. Если вы когда-нибудь ездили на снегоходе, вам знаком этот эффект.
Конечно, некоторые водители знакомы с ощущением переключения автоматической коробки передач, поэтому некоторые бесступенчатые трансмиссии используют специальное программирование для имитации переключения вверх и вниз при использовании спортивного режима или для передачи. Большинство современных бесступенчатых трансмиссий имеют эту функцию, и я бы отметил, что Nissan Sentra и Hyundai Venue с вариаторами являются двумя прекрасными примерами этого: вы получаете ожидаемое ощущение при загрузке и все преимущества плавности вариатора. и эффективность, когда вы не.
Если вы покупаете новый или новый для вас автомобиль с вариатором, обязательно ознакомьтесь с требованиями к его техническому обслуживанию и примите меры для обеспечения того, чтобы все применимые обновления программного обеспечения были применены и обновлены. Как и в случае с любым другим основным компонентом автомобиля, строгое техническое обслуживание вариатора и обеспечение актуальности его программного обеспечения являются жизненно важными шагами на пути к долгой и здоровой жизни.
Поделитесь этой статьей в своей социальной сети
В тренде
Сообщается, что найден первый когда-либо построенный Corvette, который подлежит восстановлению Экстремальному спидеру грозит обвинение после того, как он разогнался до 200 км/ч: RCMP
Motor Mouth: страшное занятие по тушению пожара электромобиля
Какие документы мне нужны, чтобы продать или купить подержанный автомобиль в частном порядке в Канаде?