Что такое CVT трансмиссия

Принцип работы вариаторной коробки передач

Внешне вам не удастся отличить автомобиль с вариаторной коробкой передач. Все как на любом автомате: две педали и рычаг переключения режимов трансмиссии. Но сев за руль, вы сразу отметите плавность смены передач. При наборе автомобилем скорости, а также при торможении, вариатор последовательно меняет передаточное число, без участия водителя и имеет бесчисленное количество коэффициентов.

Изначально, само по себе устройство CVT коробки не сложное — два шкива, ведущий (соединен с двигателем) и ведомый (соединен с колесами), между ними протянут ремень. Но по мере эксплуатации вариаторов, как и любого другого узла, выявляются определенные недостатки и нюансы. В результате накопления знаний, производители дорабатывают механизмы, добавляют блоки и дополнительные элементы.

Современный вариатор — это уже не два шкива, а слаженная работа отдельных элементов под управлением программного обеспечения. Гидротрансформатор, степ-мотор, соленоиды-регуляторы, ремни и цепи сложной конструкции, продуманная система смазки и охлаждения.

Например, широкий диапазон передаточных чисел в вариаторе обеспечивает устройство под названием step motor (шаговый двигатель). Получая команду от электронной системы управления, шаговый двигатель по средствам давления рабочей жидкости сдвигает, либо раздвигает конусы ведущего шкива, меняя коэффициент.

Конусы же ведомого шкива сдвигаются и раздвигаются под действием ремня/цепи. В коробках разных поколений, роль шагового двигателя могут брать на себя соленоиды-регуляторы.

По конструкции можно разделить бесступенчатые коробки на несколько типов:

• Конусные;
• Клиноременные и цепные;
• Тороидальные;
• Зубчатые.

В автомобилестроении широкое применение получили клиноременные и цепные вариаторы со шкивами изменяемого диаметра. Тороидальные и зубчатые, в виду сложности конструкции и других нерешенных проблем, если и применялись, то скорее в качестве экспериментов.

Впервые вариатор был применен на легковой машине DAF 600, представленной в 1958 году на Амстердамском автосалоне. Бесступенчатая трансмиссия получила название DAF Variomatic. За 4 года (1959-1963), был выпущен в общей сложности 30591 автомобиль.

Поскольку объем двигателя у DAF 600 был всего лишь 590 куб. см, с мощностью 19 л. с., клиноременный вариатор DAF Variomatic показал себя более чем успешно. За необычную по тем временам систему привода, DAF 600 шутливо называли «автомобилем на подтяжках».

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.

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.

Основные виды вариаторов и принцип их работы

Сегодня каждый автопроизводитель располагает собственными наработками в области инженерии трансмиссий, в том числе, вариаторов. Тем не менее, все существующие на сегодняшний день коробки передач CVT принято разделять на два типа: клиноременный и тороидальный.

Клиноременный вариатор состоит из двух шкивов и ремня с трапецеидальным сечением. Каждый из шкивов представляет собой два конических диска, благодаря которым появляется возможность менять диаметр и передаточное число исходя из скорости вращения мотора. Ряд производителей нередко вместо традиционного ремня применяют цепь, а некоторые компании изготавливают ремень из особых металлических пластин. Впрочем, на принцип работы вариатора с точки зрения способа передачи тяги эти особенности влияния не оказывают.

За работу дисков каждого шкива отвечает электронная система, состоящая из датчиков с сервоприводами и центрального блока управления. Общий принцип работы системы следующий. Обладая клиновидной формой, ремень вступает в контакт с каждым из шкивов только лишь боковыми поверхностями. Изнашиваясь со временем, ремень словно «впивается» в шкив, сохраняя тем самым необходимый уровень сцепления. Вращение коленчатого вала передается ведущему шкиву. Его конструкция такова, что в случае увеличения оборотов двигателя «щеки» дисков постепенно сжимаются, тем самым выталкивая ремень от центра к ободу. Одновременно с этим, «щеки» дисков ведомого шкива разжимаются, что утапливает ремень к центру. Таким образом, происходит изменение радиусов вращения, а, значит, и передаточных отношений в бесступенчатом режиме. По сути, при такой схеме можно получить сколь угодно много передаточных чисел, а не только какие-то фиксированные значения. С ростом оборотов мотора происходит постепенное сжимание ведущего шкива с одновременным разжиманием ведомого, что гарантирует сохранение натяжения ремня. Если водитель сбрасывает обороты мотора, отпуская педаль «газа», внутри вариатора происходит противоположный процесс.

Несколько иной принцип работы у коробки-вариатора тороидального типа. Она располагает парой колес со сферической рабочей поверхностью. Между этими колесами зажимается ролик. Как и шкивы ременного вариатора, колеса тороидального CVT разделяют на ведущее и ведомое. Передаточное число меняется в данном случае посредством силы трения, которая возникает между поверхностями колес и ролика.

Когда ролик меняет свое положение относительно поперечной плоскости, происходит изменение передаточного числа в ту или иную сторону. При горизонтальном положении ролика ведомое колесо будет вращаться со скоростью, равной скорости вращения ведущего колеса. Но стоит ролику повернуться, происходит немедленное изменение скорости вращения ведомого колеса относительно ведущего. Поскольку в пятне контакта ролика и поверхности колеса возникает довольно серьезное усилие, разработчики вариатора предусмотрели использование специальных устройств, способствующих преодолению притяжения ролика к поверхности колеса. К примеру, тороидальная система Extroid, применяемая на многих моделях автомобилей Nissan, оснащается специальным устройством, работающим под управлением электроники. Благодаря такому устройству прецизионный гидромеханизм меняет расположение узла с роликами на микроскопическую величину в вертикальной плоскости. Сдвиг, производимый относительно оси колес, провоцирует самостоятельный поворот ролика.

Что такое коробка CVT?

Итак, коробка передач CVT — что это такое?

CVT – это вид трансмиссии, которая переключает передачи плавно, без участия водителя. Ее еще называют следующим поколением коробки автомат. Она меняет передаточное число незаметно и беспрерывно. В последнее время автопроизводители все больше работают над совершенством и разработкой новых вариантов вариатора.

Принцип работы

Большинство вариаторов оснащаются клиноременными передачами. Шкивы оснащаются раздвижными валами, которые и меняют передаточное число способом раздвижения и сдвижения частей вала.

Вариативная КПП состоит всего с трех элементов:

1. ремень, который может быть резиновый, металлический или полевидный (специально сделан и разработан, в основе которого лежит твердый метал, прочная резиновая обмотка и пропитан специальным веществом, которое имеет свойство охлаждать ремень);
2. ведомый шкив. Вращается за счет ведущего шкива и передает вращение на карданную передачу;
3. ведущий шкив. Он связан в коленвалом и вращает ведомый шкив.

Типы вариаторов

• гидромеханическая. Составляющей этой КПП является гидромуфта и механическая часть коробки;
• электрическая. Состоит из электромоторов, которые установлены на каждое колесо;
• вариативная. Состоит из механической КПП, по принципу передачи передаточного числа с помощью регулируемых валов и ремня.

Чем отличается вариатор от автоматической коробки передач?

Основным отличием является конструктивный план и особенности сборки. У автомата стоит гидротрансформатор, который идет как сцепление и блок шестеренок, который переключает передачи. У вариатора же стоят два раздвижных шкива, которые приводятся ремнем. В бесступенчатой коробке нет передач, которые нужно переключать, и отсутствует сцепление.

Автоматическая коробка изменяет частоту вращения коленвала, вариатор этого не делает, весь процесс происходит на одном количестве оборотов двигателя. Таким образом в техническом плане отличаются эти КПП.

В плане ощущений при переключении автомата слышится щелчок или толчок при смене передачи, на вариаторе же это отсутствует, поскольку переключения скоростей нет. Также отсутствует звук набирания оборотов ДВС, как и при езде на коробке автомат.

Еще одним отличием является то, что на АКПП есть определенное количество передач, а на вариаторе оно отсутствует. По большому счету вариатор имеет бесконечное число ступеней.

Основными достоинствами являются:

• высокая динамика движения;
• экономия горючего;
• плавный разгон;
• отсутствие толчков при переключении передачи;
• отсутствие шума коробки и ДВС;
• не требует переключать передачи;
• надежность и простота конструкции;
• легкий ремонт и обслуживание;
• небольшой вес;
• стоимость ниже обычной АКПП;
• увеличенный срок эксплуатации.

Недостатки CVT:

• низкий темп набора скорости;
• нужно лить только масла, которые охлаждают, поскольку высокая сила трения;
• требуется бережное отношение к ремню или цепи;
• обслуживание вариатора дороже, нежели других КПП;
• каждые 130-140 тыс. км нужно менять ремень;
• малое количество времени бесперебойной работы.

Взглянув на все плюсы и минусы можно сказать, что вариатор имеет много положительных моментов, но и не меньше отрицательных. При бережной эксплуатации и своевременном ТО, CVT прослужит долго и надежно. По мнению многих экспертов эта КПП идеально подходит для девушек и людей с ограниченными физическими возможностями.

Предложения производителей в вариативных коробках

На данном этапе несколько производителей работают над совершенствованием бесступенчатой коробки. Основной проблемой остается ремень и цепь, которые имеют повышенный износ.

Компания Toyota разработала новый вид цепи, который состоит из легкого и прочного метала, а сверху покрыт резиной высокого качества. Весь этот элемент покрывают специальным полимером, который служит для снижения нагревания. Этот ремень для коробок CVT сейчас только на стадии тестирования, но производитель обещает в случаи успешных испытаний запустить его в массовое производство, что значительно повлияет на время проведения ТО и износ деталей.

Также Форд запустил новый вид ремня для CVT на основе секретного полимера. Срок службы данной детали по техническим данным составляет 200 000 км, что на 50 тыс. км больше, нежили существующие.

Вариатор

Суть и смысл работы вариаторной коробки, которую обозначают как CVT, ничем не отличается от любой другой трансмиссии. Суть устройства заключается в том, чтобы преобразовать крутящий момент, который поступает от силового агрегата на колёса.

Но отличительной особенностью вариатора является то, что момент передаётся бесступенчато. Здесь предусмотрен определённый диапазон регулирования. Именно эта характеристика существенно отличается классический автомат от вариатора.

Что же касается аббревиатуры CVT, то она расшифровывается как Continuosly Variable Transmission. Перевести такое название можно как трансмиссия или коробка передач с непрерывно меняющимся крутящим моментом.

Вы уже примерно поняли, чем отличаются вариаторы от автоматов и какая основная разница между ними. Но этого объективно недостаточно, чтобы отдать какому-нибудь из двух вариантов предпочтение.

Также отличие вариатора от классического автомата заключается в конструктивных особенностях. Выделяют 3 основных типа CVT, которые бывают:

• цепными;
• клиноременными;
• тороидальными.

Если говорить про легковой автомобильный транспорт, то здесь самыми популярными и распространёнными оказались именно клиноременные разновидности вариаторной коробки передач.

1. В состав клиноременного вариатора входит клиновидный ремень. Он располагается непосредственно между двумя шкивами раздвижного типа. Во время движения транспортного средства эти шкивы постоянно сжимаются и разжимаются, обеспечивая тем самым изменения в показателях передаточного числа. Основной задачей вариатора является создать плавное и бесступенчатое изменение крутящего момента. Подобные системы активно используются на легковых автомобилях, в составе снегоходов, двухколёсных технике и пр.
2. Следующей разновидностью вариаторной коробки являются цепные CVT. Передача мощности здесь осуществляется за счёт скошенных торцов оси цепных звеньев. А само тянущее усилие передаётся с помощью специальной цепи. Такие вариаторы не получили широкого распространения, хотя иногда встречаются.
3. Тороидные вариаторы заменили шкивы на диски конусовидной формы. А вместо ремня здесь задействовали специальные ролики. Они характеризуются тем, что могут передавать достаточно большой крутящий момент. Но, чтобы создать подобные детали для компоновки вариаторной коробки, необходимо обязательно использовать сталь высокопрочных сортов. Это негативно сказывается на стоимости, из-за чего многие автопроизводители отказались от идеи установки подобных CVT на свои транспортные средства.

Учитывая очевидные отличия в конструкции и принципе действия, несложно понять, в чём заключается разница между двумя видами рассматриваемых КПП. При этом коробка автомат и вариатор являются достойным решением, каждое из которых имеет свои сильные и слабые стороны.

Если говорить о преимуществах, характерных для вариаторных или бесступенчатых коробок передач, то здесь основным достоинством считается обеспечение непрерывного изменения крутящего момента. Тут отсутствует момент задержки, который характерен для АКПП, где происходит переход с одной передачи на другую. Бесступенчатость и непрерывность вариатора способствует появлению других преимуществ в виде более эффективного расхода топлива и улучшения динамических характеристик мотора. Машины с CVT потребляют меньше горючего и обеспечивают лучшую динамику при разгоне.

При этом вариатор имеет и некоторые очевидные недостатки. Начать следует с того, что CVT не предназначены для использования на мощных двигателях. Установка на автомобиль с повышенной мощностью не даёт использовать потенциал коробки. Она будет быстро разрушаться и изнашиваться.

CVT можно считать сравнительно новой разработкой в сфере автомобильных коробок передач. Потому инженеры пока не придумали, как повысить устойчивость вариатора к высоким нагрузкам, буксировке и активной езде при повышенных оборотах. В подобных условиях ремень вариаторной коробки быстро изнашивается, и происходит поломка всей трансмиссии. Ремонтировать и восстанавливать CVT довольно дорогое удовольствие, превышающие зачастую затраты на ремонт классического автомата.

Устройство CVT

Основные недостатки CVT JF015E

Гидроблок вариаторной коробки считается наиболее проблемным и уязвимым местом. Если в предыдущей трансмиссии JF011E достаточно было выполнить промывку узла, то в случае с гидроблоком JF015E ситуация более тяжелая, поскольку здесь вместо обычных соленоидов установлены сложные соленоиды-регуляторы. Отчасти по этой причине данную модель вариатора называют самой ненадежной. Эти соленоиды боятся грязного масла, промывка иногда помогает, но чаще всего – замена. Если в поддоне много стружки, они гарантированно выйдут из строя, причем их не каждый раз можно заменить. Обычно проблема решается покупкой нового или б.у. гидроблока.

Единственный верный способ обезопасить себя от неприятностей, связанных с преждевременной покупкой дорогостоящего гидроблока, это своевременно менять трансмиссионное масло. Основываясь на практике ремонта JF015E, можно с уверенностью сказать, что регулярная диагностика и поездка в СТО при первых симптомах поломки – лучший способ предотвратить поломку вариатора. Если появились пинки, рывки автомобиля в начале движения или с набором скорости, стоит сразу отправиться в специализированную мастерскую, где специалисты осмотрят и выполнят диагностику трансмиссии. Затраты на замену ATF и чистку поддона несопоставимо низкие в сравнении с покупкой гидроблока.

Вариатор оснащен толкающей металлической цепью (или ремнем, кто как называет) с девятью лентами. Цепь, вопреки распространенному мнению, довольно надежная. Встречаются экземпляры авто, прошедшие 180-200 тыс. км без одной замены цепи. Есть два типа цепи для этого вариатора – стандартный (Bosch 901068) и усиленный (Bosch 901064) на двенадцать стальных лент. Цепь – типичный расходный материал для всех коробок передач Jatco. Узел не любит холодное и грязное масло. Если не придерживаться простых рекомендаций по эксплуатации авто с вариатором, цепь начнет проскальзывать и повредит конуса. Она меняется при условии, если его стальные ленты вытянулись или сточились зубцы. Новый экземпляр обойдется примерно в 20 тысяч рублей.

Разновидности вариаторов

Существует несколько видов коробок с вариаторами CVT. Трансмиссия осуществляется в следующих вариантах компоновки:

• клиновидный ремень: включает пару шкивов, соединенных клиновым ремнем. Каждый из шкивов состоит из 2-х дисков, рабочие плоскости которых наклонены в противоположные стороны под углом 20°. Гидравлика регулирует расстояние между дисками. Когда ремень опускается, передаточное число изменяется, обеспечивая плавную работу. В современных моделях вариаторов CVT ремень изготовлен из высокопрочных стальных пластин, что обеспечивает надежную работу;
• клиновидная цепь — с цепью, соединяющей отдельные оси механизма и собранной из нескольких элементов. Гибкое соединение захватывается дисками в виде конуса, что позволяет передавать крутящий момент и изменять передаточное число. Работа устройства сопровождается нагревом от контакта цепи со звездочками дисков, которые выравниваются системой охлаждения. Эти механизмы обладают высокой эффективностью, но пути назад нет, что требует использования дополнительных узлов;
• тороидальный: гибкое соединение в конструкции не используется. Механизм представляет собой пару валов с установленными между ними роликовыми узлами. Изменение скорости происходит за счет изменения положения роликов, а момент передается за счет соприкосновения рабочих поверхностей.

Клиноременные вариаторные трансмиссии

Этот тип трансмиссии чаще всего устанавливается на переднеприводные автомобили. В основе конструкции лежит система, состоящая из двух пар конических дисков и металлической планки. Последний состоит из нескольких пучков стальных полос, которые сложным образом соединяются с металлическими пластинами.

Каждая пара дисков состоит из неподвижного и подвижного элементов, которые фактически являются шкивами. Схема работы устройства следующая:

• Крутящий момент передается с первичного вала на ведущий шкив через гидротрансформатор.
• В гидротрансформаторе момент силы передается после того, как ведущее рабочее колесо подает масло на диск турбины, соединенный с первичным валом.
• Усилие от ведущего шкива к ведомому шкиву передается через ремень и, следовательно, на выходной вал.
• Для движения автомобиля вперед передача крутящего момента на выходной вал осуществляется через планетарную коробку передач с дисковым сцеплением.
• Обратное движение осуществляется реверсивным механизмом (приведение в действие дискового тормоза).
• Через промежуточный вал крутящий момент передается на дифференциал, который дополнительно распределяет усилия трансмиссии на полуось.

Скорость движения автомобиля осуществляется за счет изменения диаметров шкивов. На холостом ходу диаметр шкива трансмиссии вариатора минимален. Диаметр изменяется за счет движения дисков. Например, при сжатии дисков диаметр шкива достигает наименьших размеров, при развинчивании дисков диаметр увеличивается.

Коррекция скоростного режима обеспечивается согласованным изменением диаметров двух шкивов. В таких условиях количество передач практически не ограничено.

Бесступенчатые и тороидальные

Тороидальные передачи менее распространены, чем клиноременные, такие устройства устанавливаются на заднеприводные и полноприводные автомобили с продольным расположением двигателя. Система состоит из ведущего и ведомого дисков, между которыми расположены ролики.

В процессе работы ролики вращаются вокруг горизонтальной оси и одновременно перемещаются по вертикальной оси. Поэтому ролики могут перенаправлять работу, контактируя с разными участками дисков. Перемещаясь по вертикальной оси дисков, ролики изменяют передаточное отношение, а сила трения между ними обеспечивает передачу крутящего момента. То есть система работает следующим образом:

• Top Gear — когда ролики соприкасаются с ведущим диском по краям обода, крутящий момент уменьшается, а скорость увеличивается.
• Низкая передача — когда ролики соприкасаются краями обода с ведомым диском, крутящий момент увеличивается, а скорость снижается.

По надежности непрерывные тороидальные передачи в несколько раз превосходят клиноременные вариаторы. Но если они сломаются, то их нельзя будет починить. В сервисных центрах чаще всего рекомендуют полную замену узла, так как найти запчасти для его восстановления очень сложно.

Чем отличается вариатор от автомата в эксплуатации

В отличие от трансмиссий с механической и автоматической коробками передач в вариаторе реализован принцип бесступенчатой трансмиссии (CVT – общепринятая аббревиатура названия таких устройств). Двигатель автомобиля в CVT связан с колесами (движителями) абсолютно плавным изменением соотношения количества оборотов.

С одной стороны, это делает поездку на автомобиле чрезвычайно комфортной – нет необходимости переключать передачи как в механической коробке передач и полностью отсутствуют рывки и подергивания как в автомобиле с автоматической трансмиссией. С другой стороны, несмотря на внешне одинаковые с автоматической коробкой передач органы управления и режимы движения, из-за принципиального различия в конструкциях вариатор имеет свои особенности эксплуатации.

Прежде всего, это касается режима разгона: для водителя, впервые севшего за руль автомобиля с вариатором абсолютно непривычен режим разгона на постоянных оборотах двигателя. Для устранения этого эффекта в автомобилях с CVT возможна эмуляция (имитация электроникой на программном уровне) ручных режимов управления машиной с резким изменением количества оборотов (соответственно изменением привычного большинству автолюбителей звука двигателя). Только здесь надо понимать, что та же электроника не позволит «загнать» обороты двигателя в красный сектор тахометра.

Вообще же, вариатор хорош для любителей плавной и спокойной езды.

Детали вариатора весьма чувствительны к смазке и немедленное после запуска двигателя движение (особенно зимой) крайне нежелательно: масло не успевает поступить к трущимся деталям и, как следствие, повышенный износ и дорогостоящий ремонт. То же относится к любителям «рывка» на светофоре после установки селектора в нейтральное положение.

Наличие достаточного количества смазки в местах трения вариатора важно еще и потому, что эта специфическая смазка предотвращает проскальзывание приводного ремня или цепи (в этом проявляется уникальность свойств масла для вариаторов). Своевременная (как правило, после 60 тыс

км.) замена масла с маркировкой CVT – обязательное условие нормальной эксплуатации вариатора.

Ещё владельцам автомобилей, оснащенных вариатором, необходимо особенно тщательно следить за соблюденем правил езды с прицепом и буксировки. В связи с ограничением по мощности (хотя последние разработки вариаторов ставятся на автомобили с мощностью двигателя более 200 л.с.) езда с прицепом для большинства автомобилей с CVT нежелательна. На буксировку машин с вариатором также накладывается ограничение: масло в вариаторе должно находиться под давлением иначе возможен только вариант буксировки с частичным погружением передних колёс.

Наиболее распространённое проявление неисправности вариатора – лёгкие подергивания при переводе селектора в положение «Движение». Проявление такого признака свидетельствует о скором ремонте.

Вообще же ресурс вариатора ограничен даже при аккуратной эксплуатации и спокойной манере езды пробегом в 120 – 150 тыс. км. Это обстоятельство необходимо учитывать при приобретении машины с CVT вторичном рынке.