Кто придумал вариатор для авто
Вариативность: эволюция современных бесступенчатых трансмиссий
Вариатор — один из видов автоматических трансмиссий. Его главное отличие — бесступенчатость. CVT (Continuously Variable Transmission) впервые появилась на легковых автомобилях еще в конце 50-х годов прошлого века. Однако настоящую популярность приобрела только в начале нынешнего тысячелетия. Рассмотрим ее развитие на примере автомобилей Renault.
Конструкция в целом достаточно простая и менее дорогая в производстве по сравнению с классическими «автоматами». От них, впрочем, большинство вариаторов унаследовали гидротрансформатор, который соединяет мотор и коробку, делает старт плавным, а в незаблокированном состоянии увеличивает крутящий момент на входном валу коробки.
Затем крутящий момент передается на первичный вал, а далее посредством наборного стального ремня — на вторичный вал. Изменение передаточного числа происходит за счет изменения рабочего диаметра ведомого и ведущего шкивов. Это и дает ту «бесшовность», которая отличает работу вариатора от классического «автомата» или механической коробки, где толчков при смене ступеней полностью избежать невозможно. Плавная трансформация крутящего момента обеспечивается и при интенсивных разгонах. А больше всего преимущество вариатора в плавности ощущается при езде со знакопеременными нагрузками — когда автомобиль поочередно то набирает скорость, то замедляется.
Современные вариаторы имеют широкий силовой диапазон, сравнимый с классическим «автоматом» с минимум восемью передачами. Но благодаря бесступенчатости вариатор в любой момент может обеспечивать более точное, оптимальное передаточное число. Это можно использовать как для экономии топлива, так и для улучшения динамики — это единственная автоматическая трансмиссия, которая при необходимости способна удерживать мотор на оборотах максимальной мощности во время всего разгона.
Сегодня основным производителем вариаторов (с долей более 37% от мирового рынка) является компания Jatco, которая обеспечивает бесступенчатыми трансмиссиями автомобили десятка марок.
На автомобилях Renault бесступенчатые трансмиссии используются более десяти лет: вариатор семейства Jatco JF011E, разработанного в 2005 году, имел кроссовер Koleos первого поколения и седан Fluence. Тогда это были не слишком совершенные и достаточно требовательные к обращению с собой агрегаты.
Однако за годы производства конструкция вариаторов существенно дорабатывалась, и сейчас их надежность не вызывает сомнения. Прогресс определяют новые технологии производства, новые материалы, новый софт. Если раньше вариатор мог допускать режимы, не исключающие проворота шкивов относительно ремня, то сейчас он сам себя от этого программно уберегает. Например, стартовать с пробуксовкой с резким последующим зацепом на асфальте (это наиболее вредный режим для любой трансмиссии) вариатор не даст. Для этого предусмотрены защитные алгоритмы.
Сегодня наиболее массовые Renault Logan и Sandero, а также кроссоверы Renault Kaptur, Arkana и Duster имеют вариаторы нового поколения. У моделей с мотором 1.6 и передним приводом (в том числе семейства Renault Logan Stepway и Sandero Stepway) это трансмиссия CVT-7, она же Jatco JF015e, рассчитанная на передачу крутящего момента до 150 Нм. Этот вариатор хорошо зарекомендовал себя и на автомобилях Renault Kaptur, которые трудятся в каршеринге.
А вот кроссоверы Renault Kaptur, Arkana и Duster с более мощным турбодвигателем 1.3 оснащаются вариатором CVT-8, или Jatco JF016e, — этот рассчитан на передачу крутящего момента до 250 Нм.
Конструкция гидроблока включает управляющие линейные соленоиды и два гидроаккумулятора
Основное отличие этого поколения вариаторов от предыдущих — применение вместо шаговых электромоторов в качестве исполнительных управляющих механизмов линейных соленоидов в полностью новом гидроблоке. А для автомобилей Renault блок клапанов был дополнительно доработан. По сравнению с аналогичными вариаторами на автомобилях других марок тут используются клапаны иной формы и добавлены два гидроаккумулятора для сглаживания пульсаций давления. Также бесступенчатые трансмиссии последних поколений получили множество решений для уменьшения потерь на трение и улучшения топливной экономичности автомобиля. Применен новый компактный маслонасос лепесткового типа, иной стальной ремень и шкивы с увеличенным диапазоном передаточных чисел.
Масляный насос имеет цепной привод от первичного вала
Кoнcтpуктивнaя ocoбeннocть трансмиссии CVT-7 — нaличиe двухcтупeнчaтoй плaнeтapнoй пepeдaчи. Сначала зaдeйcтвoвaнa пepвaя cтупeнь, на высоких скоростях — втopaя. Тaкaя cхeмa пoзвoлилa знaчитeльнo умeньшить paзмepы кoнуcoв и, cooтвeтcтвeннo, oбщиe гaбapиты вapиaтopa. На CVT-8 планетарная передача тоже имеется, но только для включения режимов переднего хода или реверса. А гидротрансформатор, шкивы и ремень в более «моментной» CVT-8 заметно крупнее.
Хотя по «железу» вариаторы на автомобилях Renault Arkana, Duster и Kaptur абсолютно идентичны, у них разные калибровки и программы управления. Например, для более внедорожного Renault Duster разработан специальный алгоритм управления в режиме Lock. Блокировка гидротрансформатора происходит намного позже, на скорости более 40 км/ч (вместо 10—12 км/ч). Сделано это для того, чтобы различные колебания «вязли» в гидротрансформаторе, а не в механических частях трансмиссии. Чем позже момент блокировки — тем плавнее движение и тем больше гидротрансформатор используется на бездорожье в качестве средства увеличения тяги.
В режиме Lock кроссовер Renault Duster имеет уникальный алгоритм работы вариатора
А в режимах 2WD и 4WD Auto кроссоверы Arkana, Kaptur, Duster схожи по настройкам и поведению: здесь важно как можно быстрее заблокировать гидротрансформатор, чтобы уменьшить расход топлива. Причем скорость, на которой срабатывает блокировка, в значительной степени зависит от двух факторов — угла открытия дроссельной заслонки и степени прогрева вариатора.
Практика показывает, что масло в вариаторе менять не нужно. Оно залито на весь срок службы агрегата. Единственное исключение составляет случай, если параметр счетчика наработки достиг отметки 210 тысяч условных единиц. Основным фактором, который учитывается счетчиком, является температура жидкости в коробке и продолжительность езды с этой температурой. В России тяжелых условий для трансмиссии нет. А например, на Ближнем Востоке, в Арабских Эмиратах, счетчик может достичь этого показателя.
Вариатор оборудован внешним масляным фильтром со сменным картриджем
Кстати, специального прогрева перед началом движения вариатор не требует. Нужно только исключить резкие ускорения и замедления. При –35 градусах трансмиссия полностью выполняет свои функции, при –40 градусах гарантированно позволяет передвигаться.
Распространяющаяся и на вариаторы фирменная гарантия — три года или 100 тысяч километров. И если десять лет назад было достаточно много случаев ремонтов по гарантии, то сейчас в Jatco достигли целевого показателя по уровню качества: вариаторы сегодня практически не уступают классическим «автоматам».
Как устроен вариатор
Вариатор — особый подвид автоматических коробок передач. Придуманный много лет назад, распространение он получил только сейчас.
Листая автомобильные каталоги, многие встречали такую фразу: «На автомобиль устанавливается бесступенчатый вариатор». Или могли увидеть это словосочетание в таблице технических характеристик. Что такое механическая коробка передач, знают все (кроме, разве что, американцев), к «автомату» тоже давно все привыкли (особенно американцы). А вот вариатор — зверь малоизвестный. А ведь он далеко не новинка.
Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи.
Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии, правда, появился не в эпоху Возрождения, а попозже — лет через пятьсот, в 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 широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.
здесь нет толчков при трогании и «переключении». И не зря мы написали это слово в кавычках: переключений как таковых тут и нет. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля.
Вариаторы бывают нескольких типов: клиноремённые со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные… Первый тип — самый распространённый. Посмотрим, как он устроен.
Вот наглядный пример: возьмём два карандаша (цилиндра), лежащих параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их резинкой и начинаем крутить один из них. Тут же начинает крутиться и второй — с той же скоростью. Но если карандаши будут разного диаметра, начинается совсем другая история — пока один из них, что побольше, сделает один оборот, второй, скажем, два.
Вариатор устроен похоже, только диаметр «карандашей» у него постоянно меняется. У него два шкива, каждый из которых сделан в виде пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу. А между шкивами зажат клиновый ремень.
Теперь, если каждая из пар конусов может двигаться друг к другу и обратно, мы получим шкивы с переменным рабочим диаметром. Ведь при раздвижении конусов ремень, соприкасающийся с ними своими рёбрами, будет как бы проваливаться к центру шкива и обегать его по малому радиусу. А при сближении конусов — по большому радиусу.
Осталось только снабдить оба шкива системой (как правило, это гидравлика, но может быть и иной сервопривод), которая будет строго синхронно сдвигать половинки первого шкива и раздвигать половинки второго. И если один шкив находится на ведущем валу (который идёт от двигателя), а второй — на ведомом (который ведёт к колёсам), то можно организовать изменение передаточного отношения в весьма широких пределах.
Остаётся ещё добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для заднего хода), а это может быть, скажем, обычная планетарная передача. И вот готова коробка-вариатор.
Кстати, интересный вопрос — какой тут используется ремень? Разумеется, простой ремень из резины и ткани, наподобие тех, что вращают генераторы и прочее навесное оборудование, здесь не прожил бы и тысячи километров. Ремни в клиноремённых вариаторах имеют сложное устройство.
Это может быть стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапецевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной — обретает жёсткость.
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.
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 вариатор 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.
А ещё на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), задаваемыми электроникой. Передачами, между которыми вариатор будет резко перескакивать, словно классическая коробка «автомат». Ещё в этом случае можно переключать «передачи» по собственному желанию. Как на «автомате» с ручным секвентальным (последовательным) режимом.
Таким образом, у вариатора масса достоинств. Но есть и недостатки. Например, сравнительно небольшая, по современным меркам, «перевариваемая» мощность двигателя. Не зря такие коробки начали своё шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили — все сплошь и рядом укомплектованы либо «механикой», либо классическими «автоматами», либо роботизированными коробками.
Правда, прогресс идёт. И тут нельзя не вспомнить рекордсменов. Скажем, на Audi A4 2.0 TFSI клиноремённый вариатор Multitronic (с цепью) без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».
Второй недостаток вариаторов — сравнительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а значит, недешёвая, трансмиссионная жидкость. Ремённые вариаторы могут через каждые тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько дороже, чем для «автомата», но зато менять его можно чуть реже — ориентировочно через тысяч километров для разных моделей автомобилей.
И всё же вариаторы получают всё большее и большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших «автоматов» классического типа.
Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах — нужна ли нам (на светофорных гонках) максимальная мощность, или, напротив, плавность и наименьший расход топлива (при спокойной езде). Потому модели с вариаторами отличает, при прочих равных, высокая экономичность, сочетающаяся с не менее приличной динамикой.
Кстати, в последнее время наметилась тенденция к росту числа передач у классических «автоматов». В последних моделях встречается уже 8 передач (на легковой, заметим, машине). И делается это именно для сочетания высокой динамики и экономичности. Скоро увидим автоматы с десятью ступенями или даже с двенадцатью? А вот вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы с их переключаемыми планетарными рядами никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно.
История появления вариатора
Теперь пришло время поговорить о втором типе АКПП, — вариаторе, или CVT. К сожалению, в конструкции Honda, вариатор самый капризный узел, требующий наибольшего внимания. Поэтому, если уж Вам достался автомобиль с такой особенностью, давайте разберемся, как надо обращаться с ним, — стоит ли верить в разные сказки о вариаторах. В России существуют множество мифов и легенд о сложности и абсолютной неремонтопригодности вариаторных узлов, и, в данном случае, эти мифы имеют под собой некоторую почву.
В чем же особенность вариаторов вообще, и вариаторов Хонда в частности?
Для начала, следует отметить, что АКПП вариаторного типа (CVT), являются, ни много, ни мало, «городскими коробками будущего». Пусть это звучит несколько пафосно, но это действительно так. Обратимся немного в историю вопроса, почему именно CVT считаются наиболее перспективными АКПП.
Изначально автоматическая коробка передач создавалась для города, с его узкими улицами, выбегающими на дорогу пешеходами и пробками.
Безусловное преимущество АКПП перед МТ в городских условиях позволило коробкам первого вида занять «стоковое» положение на конвейерах в Японии, сделав механику «опцией». Постепенно, совершенствуя систему трансмиссий, разработчики практически всех крупных конструкторских бюро, пришли к одному и тому же камню преткновения, — необходимо было адаптировать систему работы АКПП под режим городских пробок.
Причиной тому послужил режим автоматического переключения передач, зависящий от оборота двигателя. Там, где не требовалось переключение, из-за малого расстояния передвижения, — например в пробке, — коробка переключалась с первой передачи на вторую, когда это было совершенно ненужно. И наоборот, идя «накатом», коробка искусственно держала передачу, не давая ей опустится на пониженную, как бы ожидая, что водитель сейчас нажмет на газ, и начнется разгон, когда это было совершенно ненужно. Таким образом, коробка, «из лучших побуждений», часто совершала неоправданные переключения, перегружая собственные узлы, что вело к увеличению расхода горючего, ухудшению динамики и преждевременному износу.
Как всегда, существовало два варианта развития событий, — экстенсивный, и интенсивный. Первый заключался в совершенствовании электронной составляющей АКПП, благодаря которой коробка «предугадывала» развитие событий, стараясь адекватно реагировать на происходящее. Кстати, коробки передач «типроник», позволяющие регулировать переключение передач, произошли именно от этого направления.
Второй вариант требовал более принципиального подхода, который вел не к усовершенствованию, а к принципиальному изменению структуры АКПП. И вот именно тогда из-под слоев пыли достали чертежи АКПП вариаторного типа. Почему из-под слоев пыли? Да потому, что над созданием вариатора размышлял еще Леонардо да Винчи, правда, он намеревался применить его в мельничном деле, но принцип работы передаточного узла был абсолютно таким же.
Вариаторная КПП впервые оказалась на автомобиле в 50-е годы ХХ века, и произошло это в Европе, на заводе компании DAF, ныне принадлежащей Volvo, и стояла она не на большом грузовике, а на маленьком легковом автомобильчике, который выпускался в те годы. Тем не менее, развития эта коробка не получила в связи с очень маленьким ресурсом основной запчасти, — ремня, через который передается движение с ведущего на ведомый вал КПП. В те времена он составлял порядка 30 000 км. К тому же резиновый ремешок не выдерживал нагрузок, если объем двигателя становился больше 1000 сс. Тридцать лет Volvo как-то нехотя пыталась усовершенствовать эту конструкцию. Разработки откладывались в долгий ящик, и создавалось впечатление, что еще немного и идея вариатора будет совсем заброшена. Так, в принципе, и случилось, — Европа отказалась от вариатора. Зато на другом конце света, в Японии, наоборот им заинтересовались.
Хонда водам.ру
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Что такое вариатор (CVT) и как им пользоваться
Вариатор (CVT) — вид КПП, подразумевающий бесступенчатое изменение передаточного числа, что обеспечивает плавный разгон и снижение скорости без рывков, как это происходит в классическом «автомате». Такая «коробка» выделяется большей эффективностью, сниженным расходом горючего, отсутствием шума и постоянной тягой. Ниже рассмотрим, как появилась вариаторная КПП, из каких элементов она состоит, и как работает. Отдельно выделим виды, плюсы и минусы, а также советы по использованию такой трансмиссии.
История появления вариатора
Первопроходцем в вопросе изобретения «постоянно меняющейся трансмиссии» считается Леонардо да Винчи. Именно он придумал устройство еще в конце XV века. При этом официальный патент получен только через несколько столетий, что существенно затормозило развитие направления.
В середине XX века CVT (Continuously Variable Transmission) стали использоваться в мотоциклах, в еще спустя полвека они стали востребованы в авиации. Первую машину с вариатором выпустил производитель Daf в 1958-м. Используемые в то время механизмы имели низкий уровень надежности. Так, резиновые ремни быстро выходили из строя, а трансмиссия часто нуждалась в ремонте.
Через некоторое время инженер из Нидерландов Хуб Ван Дорн придумал ремень из стали, который придал системе большей надежности и позволил использовать вариаторную КПП на мощных автомобилях, а в 1980-х стартовал полноценный выпуск машины с такими коробками.
В течение длительного времени вариатор был существенно доработан. В частности, стали использоваться более качественные материалы, изменился диаметр, улучшилась гидравлическая составляющая, оптимизирован вопрос электронной части и т. д.
Устройство вариатора и принцип работы
Вариатор CVT работает за счет бесступенчатого изменения момента вращения в определенных пределах моментов. Это становится возможным, благодаря использованию следующих составляющих:
В роли последнего узла могут использоваться следующие виды сцепления:
Наиболее распространенным является гидротрансформаторный вариант, обеспечивающий плавность движения автомобиля и продлевающий срок службы КПП. Одним из слабых мест является риск перегрева механизма, из-за чего многие автовладельцы жалуются на зажигание соответствующей лампочки на приборной панели. Для снижения трения применяется масло CVT, обеспечивающее безошибочную работу устройства.
Основная контрольная функция ложится на управляющий блок. Именно он берет на себя задачу управления сцеплением, увеличения/уменьшения скорости, контроль редукторного механизма и работу реверса. Для корректной работы на электронный блок поступают данные от многих датчиков, контролирующих тормозную систему, давление в колесах, обороты мотора и т. д.
Принцип действия прост. Водитель выбирает режим движения с помощью ручки КПП, после чего начинает работать вариатор. Устройство само выбирает необходимое передаточное число с учетом скорости движения и нажатия на педаль газа. В этот момент происходит раздвижение или сближение шкивов, соединенных ременной передачей, и, соответственно, изменение передаточного числа.
Когда шкивы раздвигаются, ремень вращается с небольшим диаметром. Если сравнивать с МКПП, это характерно для максимальной скорости. В ситуации, когда устройства сдвигаются, ременная передача работает по максимальному диаметру. В результате машина движется медленно, как на самой низкой скорости для МКПП (первой).
Разновидности вариаторов
При использовании CVT необходимо понимать, что они бывают нескольких видов. Кратко рассмотрим особенности каждого из вариантов:
Разница между вариатором и классической АКПП
Автовладельцы-новички часто не могут выбрать, что лучше —вариатор или автомат(обычная АКПП). В обоих случаях речь идет об автоматическом переключении скоростей, но принцип действия отличается. В отличие от CVT, который обеспечивает плавное изменение передач, в стандартной коробке-автомат процесс происходит ступенчато.
Конструктивно АКПП состоит из управляющего механизма (гидравлика, электроника), гидротрансформатора для сцепления и планетарной «коробки». Устройство работает следующим образом:
Иными словами, в классической АКПП функцию сцепного устройства берет на себя гидравлический трансформатор. В отличие от рассмотренной выше коробки, ремень вариатора обеспечивает плавное изменение момента без малейших дерганий в момент переключения.
Достоинства и недостатки
При рассмотрении особенностей вариаторной КПП необходимо понимать ее слабые и сильные места.
К преимуществам CVT можно отнести:
Несмотря на преимущества, CVT имеет и ряд минусов:
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.
Рекомендации для водителя по эксплуатации CVT
Для продления срока службы вариатора важно знать особенности его эксплуатации и соблюдать некоторые рекомендации. К наиболее важным моментам стоит отнести:
Итоги
Вариаторные КПП — привлекательный вариант с позиции плавности хода, КПД, ускорения и расхода топлива. Но такой вид трансмиссии требует внимания в процессе обслуживания и правильной эксплуатации. Ошибки в вопросе применения могут привести к выходу из строя механизма, необходимости его ремонта или даже замены.