Что такое вариатор CVT, вариаторная коробка передач
Есть поговорка – “старого пса не научишь новым трюкам”. Но про вариаторную трансмиссию (Continuously Variable Transmission, CVT), изобретённую Леонардо да Винчи еще 500 лет назад, и постепенно вытесняющую автоматическую коробку передач так сказать нельзя.
Первый патент на вариатор был оформлен в 1886 году, но с тех пор технология значительно продвинулась вперед. Сегодня несколько крупнейших автопроизводителей (таких как General Motors, Audi, Honda, Nissan, Toyota и др.) проектирует свои автомобили на основе вариаторной трансмиссии.
В отличие от традиционных автоматических трансмиссий, в вариаторе нет коробки передач с заданным количеством ступеней. Самый известный тип вариатора работает на основе ворота, позволяющего без использования жестко заданных передач установить любой коэффициент передачи крутящего момента.
Если вас смущает слово “передача”, которую продолжают использовать при описании CVT трансмиссий, то напомним, что в широком смысле “передача” – это отношение скорости колёсного вала к скорости двигателя. И хотя в вариаторе отсутствуют ступени, термин “передача” продолжают использовать из удобства.
Вариатор CVT на основе ворота (Pulley-based CVT)
Вариатор CVT на основе ворота
По сравнению с обычной трансмиссией, в которой используется достаточно сложное сочетание шестерней, тормозов, захватов и управляющих устройств, вариатор – образец простоты.
В большинстве вариаторных трансмиссий есть три компонента
Входной “движущий” ворот с изменяемым диаметром
Выходной “движимый” ворот с изменяемым диаметром
Металлический или резиновый ремень
Кроме того, в CVT используется множество микропроцессоров и сенсоров, но эти три элемента ключевые.
Ворот с изменяемым диаметром – сердце вариатора. Такой ворот состоит из двух 20 градусных конусов, направленный остриями друг к другу. В желобе между конусов протянут ремень. Обычно используются V-образные ремни, если они изготовлены из резины.
Когда конусы расположены дальше друг от друга и ремень находится в нижней части желоба, радиус петли уменьшается. Когда конусы расположены ближе друг к другу, ремень располагается выше, и, следовательно, радиус увеличивается. В вариаторах для изменения расстояния между половинками ворота используют гидравлический пресс, центробежную силу или пружины.
Вороты с изменяемым диаметром используются парами. Один ворот, называемый “движущим” (drive pulley или driving pulley), подсоединён к коленчатому валу двигателя. Так же иногда используют слово “входной” т.к. через него в трансмиссию поступает энергия от двигателя. Второй ворот, называемый “движимым” (driven pulley), передает крутящий момент колесному валу. Поэтому, его можно назвать “выходным” воротом.
Что бы сохранить натяжение ремня, когда один ворот увеличивает радиус, второй одновременно его уменьшает. Изменяя радиус воротов относительно друг друга, можно получить бесконечное количество ступеней. Например, когда радиус “движущего” ворота уменьшен, а “движимого” увеличен, то скорость вращения снижается и мы получаем пониженную передачу. Если радиус увеличен на “входном” вороте, а на втором снижен, то скорость вращения увеличивается и получается повышенная передача.
Простота и отсутствие ступеней делают CVT трансмиссию идеальной для многих видов техники, а не только автомобилей. Например, уже долгое время вариаторы используется в промышленных прессах, тракторах и скутерах. Во всех этих случаях в вариаторе использовались ремни из плотной резины, которые могли скользить и растягиваться, снижая эффективность.
Использование новых материалов позволяет сделать вариаторы еще более надежными и эффективными. Одним из важнейших моментов стало использование металлических ремней для соединения воротов. Эти ремни состоят из нескольких тонких стальных полос (обычно 9 или 12), скрепленных металлическими зажимами. Металлические ремни не скользят и отличаются высокой прочностью, позволяя использовать вариаторы с двигателями высокой мощности. Кроме этого трансмиссия с такими ремнями работает тише.
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.
Автомат или вариатор: что лучше и надежнее?
Автоматические трансмиссии на автомобилях зачастую называют одним общепринятым наименованием «автомат», однако по принципу действия и конструкции они могут кардинально отличаться друг от друга.
На сегодняшний день существует множество видов автоматических трансмиссий, однако на легковых автомобилях чаще всего применяют коробки передач трех типов: классические гидромеханические автоматические трансмиссии, роботизированные коробки передач, а также бесступенчатые вариаторы, которые часто обозначают аббревиатурой CVT.
Конструктивно все они отличаются и имеют как свои преимущества, так и недостатки. Однако раньше всех широкое распространение получили классические автоматы, которые уже больше 70 лет применяются на легковых машинах.
Следом широко начали устанавливать роботизированные трансмиссии, которые долгое время вызывали скепсис у автовладельцев из-за не очень надежной конструкции. Впрочем, с годами они модернизировались, и кризис недоверия к роботизированным коробкам передач был успешно пройден.
А сейчас все большее распространение на современных машинах начали получать бесступенчатые вариаторы, которые идут по пути, уже когда-то пройденному «роботами». Так что давайте разбираться, что собой представляет вариатор, как он работает, какие у него минусы и плюсы, а также насколько он надежнее и лучше в сравнении с классическим автоматом.
Что такое вариатор и как он работает?
Вариатор — это вид автоматической коробки передач, который передает крутящий момент от двигателя к колесам и способен плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении такой тип трансмиссии также обозначают аббревиатурой CVT (Continuously Variable Transmission).
Удивительно, но изобрели вариатор даже гораздо раньше, чем обычные «автоматы», но применяли его все же не на автомобилях. Патент на вариатор был выдан еще в конце XIX века и сначала он использовался для изменения скорости вращения валов на станках.
А первый автомобиль с таким типом трансмиссии появился лишь в 1950-х. Вариатор впервые начал устанавливаться серийно на автомобили марки DAF, которая в те годы производила не только грузовики, но и легковушки. Потом их начали устанавливать на некоторые модели Volvo, а конце 1990-х и начале 2000-х вариатор c фирменном наименованием Tiptronic использовался на младших седанах Audi. Но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.
Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные. Первый тип — самый распространенный. Так что рассмотрим, как он устроен и работает.
Автомобиль, оборудованный такой трансмиссией, на первый взгляд ничем не отличается от машин с обычным автоматом — педалей всего две, и рычаг переключения режимов трансмиссии с положениями P, R, N, D, схожий с машинами с традиционной АКП. Но работает вариатор совершенно по-другому, а именно в нем нет фиксированных передач. Изменения передаточного отношения происходит не «переключениями», а плавно и незаметно, благодаря ремню или цепи, который в разных положениях вращается по специальным коническим шкивам.
В зависимости от диаметра шкивов в месте вращения ремня или цепи меняется и передаточное отношение и изменяется скорость вращения и крутящий момент выходного вала, который дальше передает тягу на приводы и колеса. Поэтому при работе вариатора нет толчков при трогании с места, и тем более нет никаких «переключений передач».
Особенности вариаторов Nissan
Если конструкция механических передач у большинства автопроизводителей довольно схожа, то при выборе типа автоматических трансмиссий в последние годы наметилось четкое разделение идеологий. Компании Borg-Warner и LUK в данный момент делают ставку на роботизированные трансмиссии с двумя сцеплениями, Aisin развивает направление классических автоматов, а в ZF Group пошли дальше и начали выпускать 9-диапазонные АКП. Японская компания Jatco, активно сотрудничающая с Nissan, по-прежнему делает упор на эволюцию вариаторных трансмиссий. Эта тенденция в основном заметна по автопрому Страны восходящего солнца: большинство японских автомобилей с автоматическими коробками передач агрегатируются вариаторами CVT (Continuously Variable Transmission).
Вариатор CVT7 сочетает в себе 2-ступенчатый автомат и классический вариатор
CVT8 выпускается в двух исполнениях: с пределом по крутящему моменту в 250 Нм и 380 Нм
В чем причина популярности бесступенчатых трансмиссий? Как показывают исследования и данные самих производителей, такие агрегаты на данный момент являются наиболее экономичными, способными наиболее гибко передавать крутящий момент от ДВС к колесам, а также являются наиболее выгодными с точки зрения производства, положительно влияя на конечную стоимость автомобиля. К слову, даже большинство недовольств со стороны авто владельцев относительно монотонной работы двигателя, работающего в паре с CVT и зависающего на определенных оборотах, сошли на нет. Вариаторы сильно прогрессировали и по своему характеру стали больше напоминать классические автоматы, довольно удачно имитируя переключение передач, сохраняя при этом плавный темп ускорения и замедления автомобиля. Однако у владельцев то и дело возникают вопросы, касающиеся ресурса бесступенчатых трансмиссий: так ли они надежны на сегодняшний день, как традиционные АКП с гидротрансформаторами и планетарными передачами? По словам инженера по силовым агрегатам и трансмиссиям отдела технических исследований «Nissan Европа» Дмитрия Иванова, современные вариаторы Jatco серьезно прибавили в надежности и сейчас почти лишены каких-либо недостатков, которые были свойственны первым поколениям этих трансмиссий. «5 колесо» задало техническому эксперту наиболее волнующие автовладельцев вопросы:
Инженер по силовым агрегатам и трансмиссиям отдела технических исследований «Nissan Европа» Дмитрий Иванов
— Какие типы и модели вариаторов сейчас используются в Nissan и на каких моделях?
— В настоящее время модельный ряд автомобилей Nissan комплектуется тремя модификациями вариаторов. Это CVT7 и две модели CVT8. Вариатор CVT7 представляет собой гибридную установку, сочетающая в себе 2-ступенчатую автоматическую коробку передач и классический вариатор. Благодаря применению такой конструкции удалость достигнуть малых габаритных размеров и широкого диапазона передаточных чисел. Этот вариатор применяется на автомобилях Nissan Sentra, Tiida, Juke, Qashqai с двигателями объемом 1,2 л. Предел по крутящему моменту в данном случае составляет 180 Нм. Вариатор CVT8 в свою очередь имеет два исполнения. Первое предназначается для двигателей «среднего» объема с пределом по крутящему моменту в 250 Нм. В этом вариаторе в механизме привода используется стальной ремень (как и в первом вариаторе). Устанавливается эта трансмиссия на автомобили с двигателем объемом 2 л (Nissan Qashqai, X-Trail, Juke и Juke Nismo с двигателем MR16), а также на Nisan Teana с мотором 2,5 л. Для более мощных бензиновых и дизельных двигателей предназначен вариатор с пределом по крутящему моменту в 380 Нм. Главное отличие от предыдущего агрегата — использование цепи в механизме привода. Такой вариатор устанавливается на автомобили Nissan Teana 3.5, Pathfinder 3.5, Qashqai 1.6 dCi, Infiniti QX60. Также на базе этого вариатора была разработана модификация с электрической силовой установкой для гибридных автомобилей. В России с такой трансмиссией представлены гибридные Pathfinder.
— Каковы основные советы по эксплуатации автомобиля с вариатором? Каких рекомендаций следует придерживаться автовладельцам, чтобы продлить жизнь трансмиссии?
— Основной совет, который эффективен не только для вариаторов, но и для всех автоматических трансмиссий, — стараться избегать интенсивных нагрузок (активные ускорения, движение с большой нагрузкой) в первые 5–10 минут после запуска двигателя. Особенно это важно для зимнего времени года: масло в вариаторе требуется хоть немного прогреть.
— Насколько сильно страдает вариатор от сильных пробуксовок, допустим, в глубоком снегу? Как при этом ведет себя полный привод?
— Ограничений по эксплуатации автомобиля на бездорожье производителем не предусмотрено. Автомобиль с вариатором можно использовать в глубоком снегу и грязи. С вариатором в этом случае ничего произойти не должно. Ограничения по проходимости, скорее всего, могут быть вызваны геометрической проходимостью или возможностями полного привода. Ярким примером вседорожного автомобиля в нашем модельном ряду можно назвать Nissan X-Trail предыдущего поколения (T31). Этот автомобиль разошелся огромным тиражом и зарекомендовал себя как весьма достойный «проходимец»: эти кроссоверы и по сей день беспроблемно эксплуатируются на всех дорогах и направлениях России.
— Каким образом сейчас проводится гарантийный ремонт вариаторов?
— В данный момент применяется только агрегатный ремонт вариаторов. Это значит, что в случае возникновения неисправности требуется заменить агрегат в сборе. В скором будущем мы планируем предоставить возможность модульного ремонта агрегата трансмиссии: станут доступны основные узлы к замене (гидротрансформатор, блок клапанов и т. д.).
— Какие тесты и измерения проводит компания Nissan в плане проверки надежности вариатора и трансмиссии в целом?
— Все автомобили Nissan (как с вариаторами, так и без) проходят пробеговые испытания в российских условиях эксплуатации. В среднем километраж тестовых автомобилей составляет 100 тыс. км. В ходе этих испытаний оценивается как работа автомобиля в целом, так и работа отдельных узлов, агрегатов, деталей, в том числе и трансмиссии. Кроме того, если необходимо провести отдельные испытания некоторых узлов, мы организуем специальные тесты, направленные именно на контроль работы этих агрегатов. Тесты могут быть самые разнообразные, и проводятся они как на дорогах общего пользования во всех регионах России, так и на всех полигонах компании Nissan. Например, зимой 2011 года был проведен тест трансмиссии на полноприводном автомобиле Nissan Teana во Владивостоке. Он проходил в городских условиях на подъемах большой крутизны, покрытых льдом. А в 2008 году компания проводила доводочные испытания трансмиссии автомобиля X-Trail в Сургуте в условиях глубокого снежного покрова. Так что уверен: поводов для беспокойства относительно ресурса трансмиссий у автовладельцев возникать не должно. Главное — ко всему подходить с умом и придерживаться рекомендаций завода-изготовителя.
Доступ к сервису временно запрещён
С вашего IP-адреса одновременно поступает очень много запросов.
Такое поведение показалось подозрительным, поэтому мы временно закрыли доступ к сайту.
Возможно, на вашем устройстве есть программы, которые отправляют запросы без вашего ведома.
Что мне делать?
Напишите в службу поддержки через форму обратной связи.
Подробно опишите ситуацию — поможем разобраться, что случилось, и подскажем, как действовать дальше.