Технология CVT (вариатор)

Разделы: КПП

CVT, Continuously Variable Transmission — общее обозначение бесступенчатых трансмиссий, т.е. трансмиссий, способных плавно изменять коэффициент передачи (отношение скоростей вращения и вращающих моментов двигателя и колёс) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий. Трансмиссии CVT бывают электрические, гидрообъемные, гидродинамические (гидротрансформатор), вариаторные и комбинированные. Однако в мировом автомобилестроении аббревиатура CVT по исторически-маркетинговым причинам обозначает только вариатор.

Вариатор изобретен в 1490 году Леонардо да Винчи. На легковых автомобилях вариатор был впервые реализован немецкой фирмой «Maurer» в 1908-1909 годах.

Ключевым недостатком всех вариаторов является их фрикционный принцип действия, что прямо ведет к принципиальной невозможности передачи значительного момента, крайне низкому ресурсу под нагрузкой и высокой стоимости ремонта/замены (до трети стоимости всего автомобиля). В силу этого приобретение даже новых автомобилей с CVT категорически не рекомендуется. Кроме, разве что, столетних бабушек — ездить в церковь по воскресеньям.


Принцип действия вариатора

Раскрыть...

Ключевой особенностью вариатора является плавное изменение передаточного числа («бесконечное» количество передач). Таким образом, вариатор позволяет при разгоне удерживать двигатель на оборотах максимального крутящего момента и разгонять машину наиболее эффективно. В силу этой особенности вариатор, по оценке компании Nissan, превосходит по эффективности обычные 4-ступенчатые коробки передач примерно на 15-20% и обеспечивает плавный разгон без рывков.

Диаграмма соответствия режимов CVT и АКПП

Т.к. все предшествующие автомобильные трансмиссии приучили водителей к изменению оборотов и звука двигателя по мере разгона, вариаторы первого поколения, всегда при разгоне державшие двигатель на одних и тех же высоких оборотах (см. диаграмму выше), сменились вариаторами второго поколения, способными имитировать некоторое заранее фиксированное количество передач (обычно шесть). Таким образом, нудный постоянный воющий звук двигателя при разгоне сменился более привычной картиной ступенчатого нарастания тона. Данный момент является превосходной иллюстрацией сознательного ухудшения эффективности техники в угоду маркетингу и потребительской психологии.

Также при переходе к вариаторам второго поколения решались задачи уменьшения размеров узлов, увеличения скорости срабатывания (переключения режимов) и общего ресурса (самое больное место вариатора).

Существует множество разновидностей вариаторов: лобовые, конусные, шаровые, многодисковые, торовые, волновые, дискошариковые, клиноременные, цепные, высокомоментные.

Фрикционный торовый вариатор Фрикционный многодисковый вариатор с роликом Фрикционный конусный вариатор с роликом Фрикционный конусный вариатор с ремнем Фрикционный клиноремённый вариатор Фрикционный дискошариковый вариатор

В настоящее время в автомобилестроении применяются три типа вариаторов: клиноременной, цепной и торовый.

[свернуть]

Клиноременной и цепной вариаторы

Раскрыть...

Работа клиноременного вариатораКлиноременной вариатор состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Ведущий шкив соединен с двигателем, ведомый — с ведущими колесами. Шкивы раздвижные, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Получаются шкивы с переменным рабочим диаметром. Изменение радиусов шкивов производится синхронно — когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны — передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.

Клиноременной вариатор

В качестве ремня может использоваться как собственно ремень, состоящий из наборных металлических пластин (т.е. работающий на сжатие), так и наборная металлическая цепь (работает на растяжение). На сегодняшний день цепные вариаторы фирмы Audi являются единственными более-менее приемлемыми по условиям надежности (ресурса) при значительных нагрузках.

Клиновой ремень вариатора Цепь вариатора (Audi)

[свернуть]

Торовый вариатор

Раскрыть...

Торовый (тороидальный) вариатор вместо раздвижных шкивов использует конусовидные диски, а вместо ремня — ролики. Ведущий диск так же соединен с двигателем, ведомый — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, можно менять передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.

Торовый вариатор

Торовые вариаторы способны передавать больший крутящий момент, чем клиноременные. При этом им присущи недостатки клиноременных, так как усилие передается также за счет трения. Торовый вариатор дороже, ввиду того, что для изготовления его деталей требуется высокопрочная сталь, а для смазки — специальное фрикционное масло.

[свернуть]

Общее устройство вариатора

Раскрыть...

Общее устройство вариатора

Вариатор как коробка передач включает в себя следующие элементы:

  • механизм, передающий крутящий момента и разъединяющий коробку передач и двигатель (нейтральное положение; по сути — механизм для трогания с места);
  • собственно вариатор;
  • механизм, обеспечивающий движение задним ходом (реверс);
  • блок управления;
  • гидронасос.

Для обеспечения трогания с места и отсоединения вариатора от двигателя могут быть использованы:

  • центробежное автоматическое сцепление («Transmatic»);
  • электромагнитное сцепление с электронным управлением («Hyper»);
  • многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением («Multitronic», «Multimatic»);
  • гидротрансформатор («Autotronic», «Ecotronic», «Extroid», «Lineartronic», «Multidrive», «Xtronic»).

Последний вариант наиболее популярен, т.к. гидротрансформатор обеспечивает плавность работы механизма при передаче крутящего момента и тем повышает ресурс вариатора.

В автомобильных вариаторных коробках передач применяют электронное управление, основными функциями которого являются:

  • осуществление изменения передаточного отношения вариатора в соответствии с режимами работы двигателя;
  • управление гидротрансформатором/сцеплением;
  • обеспечение работы планетарного редуктора (реверс).

Непосредственное же управление вариатором водитель производит при помощи рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам обычной АКПП. Также в CVT может быть реализована возможность выбора фиксированных передаточных отношений (аналог функции «Tiptronic»). Наличие данной функции в первую очередь позволяет преодолеть негативное восприятие многими водителями постоянной скорости вращения двигателя при разгоне. У ряда производителей данная функция называется иначе: «Sportronic» у «Mitsubishi», «Autostick» у Chrysler.

Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами. Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное число. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.

Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а от развиваемого крутящего момента. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора – чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в вариаторах свое, специальное.

Т.к. прямой передаче вариатора соответствует положение, когда диаметры ведущего и ведомого дисков одинаковы, низшее и высшее передаточные числа вариатора симметричны относительно единицы. Таким образом, чтобы избежать «изобилия» высших передач и «недостатка» низших, вариатор требует увеличенного передаточного числа главной передачи (т.е. подвергается воздействию бОльшего момента, нежели традиционные АКПП).

[свернуть]

Преимущества и недостатки вариатора

Раскрыть...

Единственное объективное преимущество вариатора по сравнению с другими коробками передач заключается в эффективном использовании мощности двигателя и, как следствие, высокой экономичности и плавности разгона.

С недостатками все гораздо хуже.

  • Вариаторы принципиально неспособны переваривать сколь-нибудь серьезную нагрузку, и поэтому не могут применяться в тяжелых условиях, на бездорожье, при динамичной езде.
  • Вариаторы, кроме цепных, имеют сильно сниженный срок службы в сравнении с другими автоматическими автомобильными трансмиссиями.
  • Вариаторы дороги в ремонте и обслуживании (требуют регулярной замены ремня, трансмиссионная жидкость дорогая и требует замены каждые 40-50 тысяч против минимум 60 тысяч для АКПП).
  • Самый эффективный способ «лечения» вариатора — это его полная ампутация и замена на «автомат» или «механику».

Иногда можно слышать обиженные реплики тех, кто повёлся на рекламу и купил таки себе машину с вариатором. Примерно так — на дворе 2017 год, вариаторы доказали право на жизнь… Фигня! Вариаторы тогда докажут право на жизнь, когда в десятилетнем возрасте смогут таскать двухтонный джип с яхтой на прицепе в горку с педалью газа «в пол». Пока что разница цен на вторичном рынке на машины с гидромеханикой и вариатором наглядно показывает — нахрен вариатор никому не нужен.


Производитель о вариаторе

Раскрыть...

Процитируем и прокомментируем:

Неграмотность и непонимание работы систем современного авто водителем – самая главная проблема, против которой бессильна любая электроника. Поэтому, для реализации возможностей современного автомобиля, компания NISSAN разработала программу повышения квалификации водителя. Для этого отобраны на начальном этапе водители и тестовые машины, оборудованные дополнительными информационными дисплеями, на которых выводится информация в процессе движения, указывающая водителю на его ошибки (стиль и манера вождения, их влияние на расход топлива и токсичность выхлопа). По результатам будет разработана школа обучения водительскому мастерству – для тех, у кого состояние педали газа не ограничивается только одним положением – полностью нажата. …

Слово «ВАРИАТОР» или «CVT» у российских автовладельцев получило некоторую негативную характеристику … Наверно нужно еще много лет, чтобы водители поняли преимущество CVT перед ступенчатым автоматом и научились ей пользоваться правильно, а не как попало.

Вопрос — зачем нужна трансмиссия, требующая специального обучения и мешающая машине раскрыть свой потенциал???

[свернуть]

Владелец о вариаторе

Раскрыть...

Приведем описание вариатора с форума, выделив жирным ключевые моменты, которые сам автор пытался сгладить.

… Поскольку имею 7-и летний опыт эксплуатации двух машин с CVT (Кашкай третья), в том числе и немножко печальный, позволю себе несколько советов. …
1. CVT – самая комфортная коробка из существующих сегодня, но она требует учета ряда специфических моментов. Надежная – у меня, например, одна спокойно выходила 150 тыс., дальше без проблем была продана. Другую — испортили слишком активной ездой, а на сервисе у официального дилера при замене жидкости добавили. Пришлось чинить на 65 тыс.км.

3. Нередко создается впечатление, что CVT очень задумчив. Кажется, Вы уже давно давите на газ, а машина все еще не едет. Это впечатление обманчиво. Хотя коробке, действительно, требуется около 1с. «подумать», но реально все происходит намного быстрее механики и большинства автоматов и Вы оказываетесь впереди потока.
4. … С помощью педали газа можно задать более активный режим движения. Однако этим режимом не следует злоупотреблять. Избегайте, по возможности, также частых резких ускорений и движения по тяжелым грунтовым дорогам. CVT-технология … еще не всегда умеет передавать большие крутящие моменты (196 Нм у Кашкая — это уже довольно много). Поэтому повышенные нагрузки могут привести к довольно быстрым поломкам. Своими глазами видел ниссановские, хондовские, фордовские, аудюшные, тойотовские CVT «убитые» за 30-40 тыс. км. По словам сервисменов, производитель значения не имеет – все «убиваются» жесткой эксплуатацией примерно одинаково.

6. На машинах с CVT не рекомендуется долго буксовать – может перегреться, что негативно сказывается на ресурсе.

8. … в случае замены жидкости в CVT необходимо стоять возле мастера лично. … Жидкость в CVT следует заливать только строго оригинальную, Ниссан.
9. Официальные дилеры, как правило, CVT не ремонтируют, а меняют. Цена замены-до 1/3 стоимости машины. В лучшем случае ремонтируют так: Оставляйте машину, мы разберем, закажем нужные детали (блоками), получим-соберем. Итого месяц-два машина в сервисе.
… Тем не менее лучше вариатор поберечь, чем чинить с проблемами.

Вопрос — зачем нужна трансмиссия, которую необходимо старательно беречь, которая не может работать в тяжелых условиях, массово ломается еще до рубежа в 100 тысяч и при замене требует треть стоимости машины???

[свернуть]
[свернуть]

Первоисточники

Размещено в КПП

6 комментариев к «Технология CVT (вариатор)»

  1. почему так все сложно а по проще как на скутере нельзя сделать? или нагрузку не выдержет ? ремень металический, а обычный как на скутере порвется ?

  2. Порядок нагрузки несравним. При резком старте автомобиля массой полторы тонны динамические нагрузки на ремень превышают сотни тонн (хотя я тут некорректно написал, на самом деле это немного иначе звучит).

  3. тойота сиента, эксплуатирую 3года. За все время изменений в поведении вариатора не наблюдаю, на спидометре 160000 км. замена масла на 130000км. специальному вождению не обучали, сам приспособился. Машиной доволен. Вариаторная нравится больше. Ездил на хонде (вариатор), до сиенты была тойота Опа тоже вариатор. Согласен спортивная езда на таких машинах не предусмотрена но для обычной эксплуатации вполне пригодна, во всяком случае лучше автомата. К любой машине можно приспособиться если конечно любить ее и беречь,заботиться тогда и она вам послужет.

  4. Ну, даже на DSG можно какое-то время ездить. Речь идет о том, что вариаторы совершенно не переносят нагрузок и требуют крайне бережного обращения. При этом, по теории вероятности, какая-то часть вариаторов будет жить долго. Да, будет. Но что такое обычная езда? Зачем нужна коробка, которую ненароком можно сломать, НЕ ДЕЛАЯ НИЧЕГО ОСОБЕННОГО, просто нажимая на педальку? Почему гидромеханические автоматы живут втрое дольше, почему их пытаются поменять на вариаторы или роботы?

    С точки зрения теории систем (и теории развития технических систем), любая система должна быть сконструирована так, чтобы ее нельзя было сломать изнутри. Вообще никак. На сегодня этому условию соответствуют только гидромеханические автоматы, и то не все. Механика — нет, спалить сцепление проще простого и нужны специальные навыки. Роботы — вообще по ту сторону добра и зла. Вариаторы — задумка хороша, но технология изготовления абсолютно не соответствует задаче.

  5. Я считаю так: производителю (любому) не выгодно делать неубиваемую продукцию, такой товар будут брать всего однажды и пользоваться вечно а про производителя забудут (я конечно утрирую), другое дело — создать чего-то удобное но с ограниченным ресурсом жизни, покупатель попробует, ему понравится, и он будет покупать это повторно, и еще, и еще…
    Простой пример: принтер epson stylus photo новый стоит совсем не дорого пожалуйста покупай печатает отлично фотки супер, НО заканчиваются чернила и ты бежишь покупать оригинальные картриджи, а они стоят почти половину цены всего принтера, но на помощь приходит СНПЧ (система непрерывной подачи чернил) в нее можно залить дешёвые чернила и чуть жертвуя качеством печати радоваться над сэкономленными деньгами, НО производитель не дурак и он такой вариант просчитал и сделал все как надо (ему) у принтера ломается механизм забора бумаги… и т.п. думаю суть ясна.
    Вот собственно что я хотел сказать по этому поводу

  6. Мое мнение cvt как технология довольно хороша по ряду преимуществ. Но на сегодняшний момент реализовать эту технологию в том понимании которое в нее заложено, практически не выгодно, так как детали к этому устройству будут стоить значительно выше альтернатив. Другими словами дело даже не в том, что производитель закладывает малый ресурс в cvt, он пошел по пути баланса между себестоимостью изделий, для поддержания конкурентно способности(машина с CVT не может быть значительно стоить выше той же машины с АККП или «роботом» и т.д.) иначе смысла в производстве такого узла не будет.
    По практике эксплуатации, если соблюдать требования заводов изготовителей, на этой трансмиссии можно отъездить приличный срок эксплуатации, но по сути мы заглядываем в эти инструкции когда уже все сломалось. Пример тому любого спроси разрешенную(максимальную) массу своего авто и мало кто ответит, а когда видишь пять «боровов» в салоне авто да и еще три куля картошки в багажнике этой малютки, а потом от них слышишь что х…ня эта коробка, сломалась, чего здесь говорить! Купи себе тягач и тягай себя.
    Нужно четко выбирать изделие по предназначению и никаких проблем возникать не должно.
    Единственное с чем солидарен со всеми, так это то, что всемирный автопром стал закладывать малый ресурс по сравнению с предшествующими поколениями автомобилей, здесь чистый маркетинг.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*