Что это такое cvt коробка передач (вариатор) и её основные недостатки

Достоинства и недостатки вариатора cvt

Плюсы:

1. Очень комфортная и плавная езда. Даже если резко нажать на педаль газа, трансмиссия легко подбирает нужные ступени с большой скоростью, что исключает появление любых рывков.
2. Экономия топлива. Она достигается тем, что двигатель не работает на повышенных оборотах, которые так необходимы при переключении на автомате или механике. Коробка не дает мотору повысить обороты.
3. Хорошая динамика при движении в гору. Это очень большой плюс, который позволяет машине быстро забраться на любую возвышенность. КПП не позволяет снизить скорость и авто начинает быстро разгоняться.
4. Компактные размеры. Тут все дело в отсутствии сложных механизмов и частей, потому что вариатор cvt представлен только двумя валами и шкивами, что делает ее конструкцию очень простой.
5. Двигатель с вариатором служит дольше, так как испытывает меньшую нагрузку. При должном обслуживании, такая коробка может прослужить очень длительное время.
6. Безопасность движения по голому льду. Опять же, это объясняется отсутствием больших оборотов, из-за которых автомобили часто срываются в занос.

Минусы:

1. Отсутствие нужного количества мастеров, которые знают, как ремонтировать и обслуживать вариатор. Проблема заключается в том, что этот механизм относительно новый и пока не обжился «поклонниками».
2. Непригодность для больших нагрузок. В силу своей конструкции, CVT плохо переносит спортивную езду, а также бездорожье. Из-за этого, она редко применяется для этих целей. Тем не менее, японские автомобильные производители все же применяют эту трансмиссию на многих своих автомобилях.
3. Вариатор cvt необходимо заправлять при помощи специального трансмиссионного масла. Все бы ничего, однако цена такой жидкости довольно высока, по сравнению с обычными смазывающими веществами.
4. Вариатор cvt нельзя буксировать, так как это может привести к его скорейшей поломке.
5. Вероятность перегрева. В настоящий момент эта проблема остается нерешенной и отрицательно влияет на коробку передач.

Принцип работы коробки передач CVT

Название коробки передач CVT – это ничто иное, как аббревиатура от английского словосочетания Continuously Variable Transmission, что дословно можно перевести, как непрерывно изменяющая передачи. Такой механизм еще называют вариатором или бесступенчатой трансмиссией. Основное отличие от других видов коробок заключается в отсутствии конечного числа фиксированных положений с разными передаточными числами. 

Строго говоря, вариатор уже давно использовался на различных технических устройствах и транспортных средствах. К ним можно отнести: бензопилы, снегоходы и некоторые станки. Вся эта техника не обладает той мощностью, которая есть у автомобиля, и вариаторы в ней не подвергаются большим нагрузкам. Для установки на современные машины нужен был совершенно иной тип механизма, который был бы способен справляться с поставленными задачами. В результате долгих поисков, инженеры решили эту задачу.

Современная бесступенчатая трансмиссия представляет собой два шкива, соединенных между собой ременной передачей. Ремень изготовлен из сверхпрочных металлических сегментов клиновидной формы, нанизанных на жгут из износостойкого металла. Ведущий шкив соединен с коленчатым валом двигателя, а ведомый через приводные валы с колесами автомобиля. Это самая простая из всех конструкций КПП. При изменении оборотов двигателя и других параметров, диаметр ведущего шкива тоже изменяется, натягивая или ослабляя клиновидный ремень, что приводит к изменению передаточного числа. Размер ведомого шкива также не постоянен, но только за счет инерции и установленных в нем пружин. Всем этим процессом руководит «умная «электроника».

Вариатор в разрезе

Благодаря такому нехитрому устройству, трансмиссия, оборудованная вариатором, позволяет добиться абсолютной плавности хода, независимо от скорости оборотов коленчатого вала. Коробка передач CVT лишена такого понятия, как передача. Передаточное число при движении автомобиля меняется каждую секунду. При этом электроника выбирает оптимальные его параметры с большой точностью. Эти свойства коробки передач породили определенные особенности поведения автомобиля с CVT трансмиссией. Некоторые из них являются преимуществами данного вида трансмиссии, другие ее недостатками.

Устройство и принцип работы коробки передач CVT

Итак, аббревиатура CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, что дословно означает «постоянно изменяющаяся передача»), используется для обозначения вариаторной коробки передач, которая более известна среди автолюбителей как вариатор.  Разобравшись с тем, что означает CVT коробка передач, можно перейти к особенностям конструкции и принципам работы вариатора.

Главной особенностью такой коробки является то, что вариатор представляет собой бесступенчатую трансмиссию. Чтобы было понятно, МКПП, роботы и АКПП имеют фиксированные передачи (скорости) с разным передаточным отношением, которых может быть 4, 5, 6 и т.д.

В свою очередь, вариатор CVT таких передач (ступеней) не имеет, благодаря чему  данная трансмиссия бесступенчатая.  Фактически, самый простой по конструкции вариатор имеет два вала со шкивами, которые соединены между собой ременной передачей. Ремень вариатора (цепь вариатора) состоит из клиновидных стальных звеньев, которые закреплены на прочной металлической основе в виде жгута.

Ведущий шкив присоединяется к коленчатому валу ДВС, в то время как ведомый посредством приводных валов соединяется с другими элементами трансмиссии для эффективной передачи крутящего момента на ведущие колеса автомобиля.

При этом в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки диаметр шкивов (как ведущего, так и ведомого), постоянно, гибко и динамично меняется, что и позволяет «натянуть» или «ослабить» клиновидный ремень вариатора. Так изменяется передаточное отношение. Работает вся система под управлением электроники, также в устройстве вариатора активно используется гидравлика. 

В результате вариаторная коробка передач позволяет добиться абсолютно незаметного для водителя изменения передаточного отношения, причем независимо от оборотов коленвала двигателя.  Так как переключений между ступенями (скоростями) не происходит, при езде на машине с такой КПП полностью отсутствуют рывки, толчки, задержки при переключениях и т.п.

Параллельно не происходит разрыва потока мощности, который присутствует на других КПП в момент переключений. Передаточное отношение при движении авто изменяется постоянно. Электроника учитывает скорость движения ТС, нагрузки на двигатель, обороты, угол открытия дроссельной заслонки, положение педали газа  и т.д., позволяя силовому агрегату в связке с  трансмиссией всегда работать в оптимальных режимах. 

Устройство вариатора

Конструкция вариатора намного проще, чем привычные нам коробки передач.

Устройство вариаторной коробки CVT

В основе лежит принцип клиноременной передачи с изменяемым диаметром шкивов:

1. Каждый шкив состоит из двух конусов, направленных вершинами друг к другу;
2. Ремень (цепь) охватывает оба шкива, передавая момент вращения с ведущего шкива на ведомый, то есть от первичного вала на вторичный;
3. При необходимости конусы шкивов могут раздвигаться и сдвигаться. В результате ремень либо перемещается ближе к оси вращения, либо удаляется от нее, а диаметр шкива (и соответственно передаточное число) становится больше или меньше;
4. Подключение вариатора к двигателю реализовано с помощью гидротрансформатора или пакета фрикционных муфт. В обоих случаях сцепление не требует управления, поскольку задействуется только на старте, а переключение передач не требует участия водителя;
5. Для реализации заднего хода предусмотрен реверс – механизм планетарной передачи, меняющий направление вращения ведомого вала;
6. Для блокировки КПП во время стоянки предусмотрен храповик;
7. Управление шкивами осуществляется с помощью гидравлической системы, состоящей из насоса, клапанов, гидроцилиндров и фильтра.

Ремень или цепь вариатора представляют собой гибкую конструкцию, собранную из множества отдельных пластин. Форма и размер этих элементов подобраны для максимально эффективного сцепления со шкивами.

Отдельно нужно сказать о масле для вариатора. Оно выполняет две функции, противоположные по свое сути: смазывает механизм вариатора для уменьшения износа и обеспечивает сцепление ремня со шкивами, то есть трение в пятне контакта. Есть и третья задача – передавать крутящий момент от двигателя к коробке через гидротрансформатор.

Жидкость CVT рассчитана на работу при температуре до 70 градусов, но высокие нагрузки (скорость, пробуксовки, езда по бездорожью) вызывают ее перегрев, ухудшают свойства и сокращает ресурс. Для охлаждения часто используется специальный радиатор, а для отсеивания продуктов износа механизма предусмотрены фильтры.

Дополнительные устройства, которые связаны с вариатором:

1. Дифференциал. Как и в случае с другими коробками передач, дифференциал распределяет момент вращения на ведущие колеса автомобиля;
2. Гидравлическая система управления конусами шкивов. Состоит из гидроблока и гидронасоса, подающего давление;
3. Управляющая электроника, в том числе электронный блок управления (ЭБУ) и разнообразные датчики.

Характеристики обоих типов трансмиссии

Изначально классическая коробка автомат устанавливалась на судовые двигатели, после модернизации её начали использовать на легковых, грузовых автомобилях и автобусах.

Схема классической коробки автомат содержит:

• Механизм управления коробкой передач;
• Гидротрансформатор коробки передач;
• Планетарная коробка передач.

Механизм управления коробкой находится около водителя, манипуляции осуществляются селектором переключения. Благодаря селектору выбирается нужный режим движения, дополнительно водитель может перейти на настройки, подстраивающиеся под окружающие условия: спорт, бездорожье, экономия и др.

Гидравлический трансформатор служит сцеплением, его задача плавно, без рывков переключать передачи. Механизм включает в себя реактор, помещённый между колёсами, насосным и турбинным. Насосное колесо связано с коленчатым валом силовой установки, турбинное колесо взаимодействует с валом коробки. Реактор находится в двух состояниях: свободное вращение или блокировка (при помощи обгонной муфты). Состояние реактора напрямую зависит от режима работы.

Передача импульса силовой установкой коробке происходит посредством потока масла. Этот поток передаёт энергию через лопатки: от насосных турбинным. Непрерывность обеспечена их специфической формой, зазоры между колёсами минимальны, это положительно отражается на скорости передачи. Плавность передачи достигается за счёт масла, обеспечивающего мягкую связь силовой установки с трансмиссией.

Диапазон работы гидротрансформатора ограничен, поэтому применяют планетарную коробку с несколькими ступенями. Кроме расширения диапазона, коробка позволяет автомобилю двигаться задним ходом. Конструктивно, планетарная коробка содержит в себе шестерни-сателлиты, закреплённые на устройстве, называемом «водило». Они вращаются вокруг шестерни, расположенной по центру и называющейся «солнечной». Сателлиты находятся внутри большой шестерни, называющейся «коронная», они постоянно зацеплены с ней.

То, какой элемент коробки неподвижен в данное время, какой принимает импульс, с какого элемента импульс передаётся на трансмиссию, определяет значение изменения передаточного отношения. Один из трёх механизмов: солнечная, коронная шестерни, сателлиты с механизмом — всегда стоит на места, остальные два крутятся.

Переход с одной передачи на другую в коробке происходит с помощью фрикционных муфт, за счет давления масла. Рабочую программу отслеживает управляющий контроллер, при помощи соленоидов, распределяющих давление между фрикционами.

Вариатор, это механизм, преобразующий и передающий импульс от силовой установки на колёса автомобиля. В отличие от коробки автомата, момент передаётся без ступеней, в установленном диапазоне регулировок.

По типу, бесступенчатые коробки передач делят:

• Бесступенчатая коробка с цепной передачей;
• Бесступенчатая коробка с ременной передачей трапециевидного сечения;
• Бесступенчатая коробка с тороидальной передачей.

В бесступенчатой коробке с цепным приводом передача мощности происходит за счет звеньев цепи, торцы которой скошены под определённым углом, само же усилие передаёт цепь.

Бесступенчатая коробка с ременной передачей трапециевидного сечения самая распространённая. Механизм состоит из ремня, расположенного между двумя шкивами, способными раздвигаться. Изменения передаточного числа происходит путем сведением и разведением шкивов при движении автомобиля, за счёт этого обеспечивается плавное изменение крутящего момента.

Принцип бесступенчатой коробки с тороидальной передачей основан на использовании конусовидных дисков и роликов, заменяющих ремень. Привод способен передавать больший импульс, однако механизм требует использования высокопрочных материалов, что обусловлено его высокой стоимостью.

Устройство и работа вариатора

Коробка передач CVT – что это такое? Чтобы понять, нужно сперва разобраться в её устройстве. В целом это достаточно сложный механизм, о чем было упомянуто раньше. Но общую структуру объяснить можно.

Итак, главенствующее место занимает прибор, который обеспечивает одновременно передачу оборотов с двигателя и разъединение его с коробкой. Используется для работы на нейтральном положении. Сам вариатор как таковой применяется для езды на любых скоростях. Отдельным механизмом управляется задний ход – дело в том, что CVT попросту не способна сама обеспечить движение в эту сторону. Потому приходится заимствовать наработки у автоматических коробок передач.

Устройства, которые используются, могут быть разными. Речь сейчас идет о первом в списке, то есть о передаче крутящего момента. Например, самым распространенным является гидротрансформатор. Далее, существует еще центробежное и электромагнитное сцепление, а вдобавок – многодисковое «мокрое».

Вариатор

Передача, трансмиссия – это все, конечно, очень важная информация. Но теперь нужно подойти к основной теме разговора. То есть к вариативной коробке передач

Собственно, на этом и будет сконцентрировано все внимание

CVT, или Continuously Variable Transmission, – именно так расшифровывается данная аббревиатура. Особенность такой коробки передач в том, что она способна плавно изменять диапазон оборотов. Таким образом можно избежать резких рывков, которые характерны для механической, и даже мягких постукиваний – для АКПП.

Преимуществ у подобной системы достаточно много.

Сегодня их используют исключительно для легковых машин. Дело в том, что технически они довольно сложны, потому производить их достаточно большими и мощными для тех же тракторов или танков – занятие трудновыполнимое. К тому же основная их цель – облегчить существование простым людям, а они, как известно, ездят в основном на седанах и хетчбэках.

Важно – поговорим про клиновидный ремень

Ранее вариатор не нашел широкого распространения на автотранспорте по одной простой причине – резиновый ремень из-за передачи значительных усилий очень быстро стирался.

Так, у упомянутого Volvo 340 приводной элемент отхаживал не более 30 тыс. км.

В современной клиноременной трансмиссии используется привод, который сложно назвать ремнем, поскольку он состоит из двух пакетов стальных лент, с помещенными между них фасонными пластинами, сделанными в виде бабочки.

Благодаря использованию составных элементов из высокопрочных материалов удалось решить одновременно несколько проблем – повысить ресурс работы трансмиссии, увеличить диапазон передаточных чисел (за счет большей гибкости привода), снизить шумность работы.

Также некоторые компании выпускают клиноцепные вариаторы, у которых в качестве приводного элемента выступает многозвеньевая пластинчатая цепь, обладающая еще большей гибкостью, но из-за малого пятна контакта с рабочими поверхностями шкивов, требует использования высокопрочных материалов при создании последних.

Трансмиссия

Именно с этих основ и стоит начать. В первую очередь вам надо понять, что представляет собой это устройство в целом. А уж потом думать на тему о том, как устроена коробка передач CVT, что это такое и т. д.

Итак, трансмиссия – обязательный элемент автомобиля. Дело в том, что без неё вся работа сложного механизма внутреннего сгорания пойдет насмарку. Функционирование трансмиссии заключается в том, чтобы передавать крутящий момент с двигателя на колёса. Собственно, это и приводит автомобиль в движение

Так что, как видите, важность её довольно сложно переоценить

Кроме того, есть и другие функции, например, изменение тягового усилия, скорости, а также общего направления движения. Состоит трансмиссия из целой плеяды различных деталей. В данном случае нас интересует лишь коробка передач. Но о ней речь пойдет немного ниже.

Кроме того, вам также необходимо знать, что в автомобилях обычно используется электромеханическая, а иногда и просто механическая трансмиссия. По крайней мере, такова ситуация на сегодняшний день.

Устройство и принцип работы вариатора

Вопросы о том, каково устройство вариатора и каков принцип его работы, будут разобраны подробнее. Но сначала необходимо обозначить, каковы основные элементы конструкции.

Основные компоненты

В состав вариаторной трансмиссии входят ведущий и ведомый шкивы, соединяющий их ремень (цепь или ролик), система управления. Шкивы расположены на валах и выглядят как две половинки конической формы, обращенные друг другу вершинами конусов. Особенность конусов состоит в том, что они могут сходиться и расходиться в заданном диапазоне. Точнее, двигается один конус, а другой остается неподвижным. Движение шкивов на валах контролируется системой управления, которая получает данные от бортового компьютера автомобиля.

Также основными компонентами CVT являются:

• гидротрансформатор (отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на первичный вал трансмиссии);
• гидроблок (подает масло к вращающимся шкивам);
• фильтры для защиты от выработки металла и отложений;
• радиаторы (отводят тепло от коробки);
• планетарный механизм, обеспечивающий реверсное движение авто.

Клиноременный вариатор

Клиноременной вариатор представлен двумя сдвигающимися и раздвигающимися шкивами, соединенными металлическим ремнем. За счет уменьшения диаметра ведущего шкива происходит одновременное увеличение диаметра ведомого, что свидетельствует о понижающей передаче. Увеличение диаметра ведущего шкива дает повышающую передачу.

Изменение давления рабочей жидкости влияет на перемещение конуса ведущего шкива. Ведомый шкив меняет диаметр благодаря натянутому ремню и возвратной пружине. Даже незначительное изменение давления в трансмиссии сказывается на передаточном отношении.

Устройство ремня

Ремень CVT в форме ленты состоит из металлических тросов или полос. Их количество может доходить до 12 штук. Полосы находятся друг над другом и скрепляются между собой при помощи стальных скоб. Сложная форма скоб позволяет не только скрепить полосы, но и обеспечить необходимый для работы трансмиссии контакт со шкивами.

Защита от быстрого износа обеспечивается покрытием. Оно же не дает ремню проскальзывать по шкивам во время работы. В современных автомобилях нерентабельно применять кожаные или силиконовые ремни по причине малого ресурса детали.

Клиноцепной вариатор

Клиноцепной вариатор похож на клиноременной, только роль передатчика между ведущим и ведомым валами играет цепь. За передачу крутящего момента отвечает торец цепи, который касается конической поверхности шкивов.

Принцип его работы точно такой же, как у трансмиссии с ременной передачей.

Устройство цепи

Цепь состоит из металлических пластин, каждая из которых имеет соединительные ушки. За счет подвижного соединения между собой пластины в конструкции цепи обеспечивают гибкость и сохраняют крутящий момент на заданном уровне. За счет расположенных в шахматном порядке звеньев цепь имеет высокую прочность.

Усилие на разрыв у цепи выше, чем у ремня. Пластины с ушками изготавливают из сплавов, противостоящих быстрому износу. Замыкаются они при помощи вкладышей, форма которых является полуцилиндрической. Конструктивная особенность цепей – они могут растягиваться. Этот факт сказывается на работе бесступенчатой трансмиссии, поэтому требует пристального внимания во время проведения планового ТО.

Тороидальный вариатор

Тороидальный тип коробки передач CVT встречается реже. Примечательная особенность устройства состоит в том, что вместо ремня или цепи здесь используются вращающиеся ролики (вокруг своей оси, маятниковыми движениями от ведущего шкива к ведомому).

Принцип работы заключается в одновременном передвижении роликов по поверхности половинок шкивов. Поверхность половинок имеют форму тороида, откуда и название трансмиссии. Если контакт с ведущим диском реализуется на линии наибольшего радиуса, то точка контакта с ведомым диском будет лежать на линии наименьшего радиуса. Такое положение отвечает режиму повышающей передачи крутящего момента. При перемещении роликов к ведомому валу происходит понижение передачи.

Принцип работ

Вариативная КПП делится на несколько типов:

• цепные;
• клиноременные;
• тороноидальные.

Тороноидальные не так популярны, как клиноременные, в основном потому, что устанавливаются на заднеприводные и полноприводные автомобили, у которых двигатель находится продольно.

О коробке вариатор и сколько она служит, узнаем из видеоролика Вести РФ.

В настоящее время клиноременный вариант – самый популярный тип вариаторной коробки передач. Суть качественного ремня в том, что в разрезе он приобретает вид трапеции и вклинивается в шкив боковыми поверхностями. Чтобы понять устройство на основе работы этого ремня, представим перед собой две похожие трубки, которые находятся рядом в вертикальном положении. Если скрутить их друг с другом резинкой и начать крутить одну трубку, вторая повторит движения первой, причем подстраиваясь под ту же скорость, которой следует первая трубка.

Что такое коробка передач CVT и в чем заключается ее надежность, узнаем из видео Artur Bogomolov.

Если одну из двух деталей заменить трубкой большего размера, тогда их скорость будет заметно различаться: трубка с большим диаметром будет вращаться медленнее, что в целом нарушит ритм их слаженной работы. В этом и заключается принцип действия коробки передач: цилиндры постоянно изменяют свой размер, и за счет этого происходит работа.

Галерея «Типы вариаторных КПП»

На картинках можно увидеть виды коробок переключения передач.

Фото 1. Цепной вариатор

Фото 2. Схема тороидного вариатора

Фото 3. Цепь и клиновидный пояс

В составе КПП находятся конусообразные шкивы, которые «смотрят» друг на друга острыми концами и упираются в клиновидный ремень. Конусы сходятся и расходятся, изменяя размер поверхности шкивов. Когда они отстраняются друг от друга, ремень приобретает горизонтальное положение, становясь ребрами, и проваливается в середину шкива, охватывая меньший радиус его размера.

Если концы встречаются, ремень натягивается и охватывает больший радиус шкива. Работу шкивов тщательно контролирует гидравлическая система. Она наблюдает за тем, чтобы концы конусов равномерно сходились и расставались. Как в случае с примером, где фигурировали трубки, один из конусов является ведущим, а второй ведомым. Один шкив находится на основном валу, который идет от мотора. Второй шкив идет на валу от колес автомобиля.

Рекомендуем: Автоматическое включение фар

Благодаря работе шкивов и их удобному расположению, получается бесступенчатая трансмиссия. Передаточное отношение имеет обширные «горизонты». Когда мы сдаем на машине назад, вариатор активирует узел, который задает кружение выходного вала в обратном направлении. Плюсы и минусы вариатора CVT в машине узнаем ниже.

Вариатор фирмы JATCO

Что в итоге

С учетом всех перечисленных выше преимуществ и недостатков CVT становится понятно, что выбор бесступенчатой трансмиссии должен быть осознанным и обоснованным решением.

Прежде всего, потенциальному владельцу нужно учитывать, какой авто приобретается (новый или б/у), на какой срок, какой стиль вождения практикуется, а также готов ли водитель тратиться на регулярное обслуживание такого «автомата».

Если речь идет о приобретении новой машины на вариаторе, которую планируется продать сразу после окончания гарантии, тогда особых проблем в гарантийный период возникать не должно. Главным минусом можно считать только заметную потерю от начальной стоимости при продаже.

В случае с подержанными авто или же из расчета на длительную эксплуатацию ситуация  несколько меняется, так как относительно небольшой ресурс и низкая ремонтопригодность в сочетании с дороговизной  ремонта может оказаться очень серьезным недостатком.

В любом случае, если рассматривать вариаторную трансмиссию, данную коробку все же можно рекомендовать к приобретению, так как ни один другой тип автоматических КПП (даже современные преселективные DSG) не способен обеспечить такую ровную тягу и комфорт при езде, как вариатор CVT. Агрегат хорошо подойдет спокойным водителям для размеренной езды как в черте города, так и по трассе.