Коробка вариатор (CVT) – много плюсов и один недостаток
Автор: Валерий Моторин Раздел: СБОРНИК
Вариатор помогает сэкономить топливо и повысить комфорт вождения. Кроме того, он проще и дешевле в производстве, чем обычные автоматические коробки передач. Однако бесступенчатые автоматические коробки передач так и не смогли завоевать рынок. Не каждого устраивает особенность работы вариатора, и — что еще хуже – иногда они ломаются.
CVT – это сокращение от английского Continuously Variable Transmission , что означает бесступенчатая коробка передач. Вариатор — во многих отношениях трансмиссия необычная. Вместо классических зубчатых колес здесь используется стальной ремень или цепь, которая движется между двумя парами конических колес, образующих шкив.
Колеса установлены парой на входных и выходных валах. Каждая коническая пара может сближаться друг с другом или расходиться, благодаря чему бесступенчато меняется радиус шкива, и достигается плавное изменение передаточного отношения. При этом крутящий момент непрерывно передается от двигателя к колесам.
При движении с постоянной скоростью мотор работает на необычно низких оборотах, что и способствует снижению расхода топлива и повышению уровня комфорта. Пользователи автомобилей с CVT подчеркивают исключительную плавность движения – без толчков и рывков при старте. Вариаторы, как правило, меньше и легче классических автоматов. Поэтому они часто применяются в небольших городских автомобилях, особенно японских марок.
Но если все так хорошо, то почему доля автомобилей с CVT так мала? Выделить главную причину довольно сложно. Но многих водителей не устраивает специфическая работа коробок этого типа. Добавляешь газ, и двигатель, громко завывая, выходит на высокие обороты без заметного ускорения. Тихо становится лишь при движении с постоянной скоростью. Автолюбителей, любящих посильней вдавить педаль газа в пол, подобное поведение легкового автомобиля раздражает. Впрочем, так ведут себя, главным образом, бесступенчатые коробки передач из 80-х и 90-х годов.
Примерно 10 лет назад на рынке стали появляться CVT с так называемыми виртуальными передачами. В таком случае каждой из передач назначено определенное взаимное положение конических колес. Выбрать необходимую передачу можно, например, с помощью подрулевых лопаток (весел).
Данное решение используется с 2005 года в автомобилях Audi, оснащенных бесступенчатой трансмиссией Multitronic. В обычном режиме коробка ведет себя, как классический вариатор, т.е. поддерживает высокие обороты при разгоне. А работу «автомата» CVT имитирует только после перехода в спортивный режим.
Конструктивные особенности
Вариаторы, условно, можно разделить на две группы: со стальным ремнем и цепью. В бесступенчатых трансмиссиях присутствует и гидротрансформатор. Он нужен, прежде всего, для старта с места. Примечательно, но Multitronic обходится без него. В этих коробках используется пакет сцеплений и двухмассовый маховик.
Коробка вариатор имеет ряд серьезных ограничений, которые инженеры пока так и не смогли обойти. Например, по конструктивным причинам, ни цепь, ни, тем более, стальной ремень не в состоянии передать высокий крутящий момент. Из-за этого область применения CVT в настоящее время ограничена максимальным крутящим моментом двигателя на уровне 350-400 Нм. Впрочем, этот порог перекрывает показатели многих современных двигателей. Тем не менее, в Audi уже начинают отказываться от использования бесступенчатых коробок « Multitronic ».
В тоже время, другие производители упорно работают над усовершенствованием конструкции вариатора. Так Subaru демонстрирует все новые модели, оснащенные бензиновыми двигателями с турбонаддувом, полным приводом и бесступенчатой коробкой CVT (например, Linear tronic для Levorg).
Коробка CVT: 5 преимуществ и недостатков
Множество авто концернов в последнее время стали устанавливать на свои машины коробку передач под названием вариатор CVT. Совсем недавно система использовалась только на скутерах и снегоходах, и, по сути, о ее существовании никто не знал. На мототехнике она устанавливалась, так как там стоял ремень вариатора, который при большой нагрузке рвался и доставлял массу проблем мотолюбителям. На данный момент большинство авто концернов выпускают автомобили с такой КПП из-за ее многочисленных достоинств.
Что такое вариатор CVT
У многих появляется вопрос, что такое коробка передач CVT? Что же означает эта аббревиатура – CVT. А переводится она, как continuously variable transmission. Самое примитивное устройство такого типа было изобретено еще несколько столетий назад Леонардо да Винчи. Конечно, с тех пор устройство было преобразовано, поэтому теперь часто используется на транспортных средствах.
Что значит CVT? Это бесступенчатая трансмиссия, работающая благодаря клиноременному механизму. Она отлично подходит для мототранспорта и легковых автомобилей. А вот для крупной техники используется цепной вариатор.
Устройство бесступенчатой коробки передач и принцип его работы
Коробка передач CVT – это подвид механической КПП. Однако если в МКПП передачи переключаются с одной ступени на другую, а во время этого обязательно нужно нажимать сцепление, то в КВТ все происходит иначе.
Различают клиноременное/цепное устройство и вариатор тороидальный. Первые два типа характеризуются сходным строением. В первом случае крутящий момент передается от одного ко второму шкиву, которые располагаются параллельно друг другу, с помощью ремня. Шкивы соприкасаются верхушками и представляют собой конусообразные детали. По мере изменения крутящего момента, они то соприкасаются, то раздвигаются. В результате этого происходит моментальная передача энергии на приводы. Конструкция устанавливается только на легковые авто, поскольку в более мощных машинах ремень может разорваться.
А вот вариатор цепного типа представляет собой более усовершенствованный механизм клиноременной трансмиссии, в которой вместо ремня используется стальная цепь. За счет этого повышается срок эксплуатации техники.
Также существует тороидальная коробка CVT, конструкция которой отличается от двух предыдущих. Вместо двух шкивов здесь установлено 2 колеса, между которыми располагается ролик торроидного типа. Колеса создают движение ролика, вместе с чем выполняется повышение/понижение передач.
Вариатор Мультитроникс: что внутри у бесступенчатой коробки Audi?
К основным типам трансмиссии относят МКПП, классический «автомат», роботизированную трансмиссию (включая робот с двумя сцеплениями – DSG, который подробно был рассмотрен здесь) и вариатор. О последнем сегодня и поговорим.
Вариатор или, правильнее, CVT от англ. Continuously Variable Transmission – бесступенчатая коробка передач, призван был улучшить комфорт вождения. Но популярным вариантом вариаторы так и не стали – владельцы жалуются на особенность их работы и низкую надежность.
Вариатор обязан своим появлением великому Леонардо да Винчи, который предложил этот механизм еще в 1490 году. Но всерьез взялись за новый тип трансмиссии только в начале ХХ века. К 50-м годам предприимчивый голландец Хуб Ван Доорн создал первую такую трансмиссию, назвав ее Variomatic, установил на седан DAF 600, да и продал компании Volvo. А сам продолжил заниматься экспериментами с вариатором, основав компанию, которая с 1995 года входит в семейство концерна Bosch.
Оценив идею, с 80-х гг. многие автопроизводители стали оснащать свои машины бесступенчатыми трансмиссиями.
Что такое вариатор
Главное отличие вариатора от других трансмиссий – отсутствие фиксированных передач. В коробках CVT передаточное число изменяется плавно и незаметно для водителя, в результате – необычайная плавность хода при ровных оборотах двигателя.
Достигается это за счет особенностей конструкции вариатора.
Для передачи крутящего момента с двигателя на колеса в нем вместо классических зубчатых колес используется стальной ремень или цепь. Ремень движется между двух пар конических колес, образуя шкив.
Колеса расположены на входных и выходных валах, каждая пара сближается или расходится друг от друга, тем самым меняя радиус шкива.
Так удается плавно изменить передаточное отношение крутящего момента с двигателя на колеса. В результате – отсутствие, собственно, «передач» и необычайная плавность хода автомобиля.
В таблице представлены не все коробки мультитроник, их более 300 на данный момент, а только наиболее часто встречаемые на российской территории.
Блоки управления — если указаны вторые буквы в скобках ,была смена номера. Если указаны два номера, второй с обозначением (7) — значит существует два блока для данной коробки для 6- и 7-дискового сцепления.
Версия гидравлики — полное обозначение блока клапанов — 01J325031**. **- две буквы в таблице. Были смены номера. BC=S,AE,AM,AF,AT. BP=AQ. CD=BF,BJ. «Хорошие» коробки только с гидравликой CD.
Дата выпуска. Если не указано по месяцам, то стоит модельный год , обычно с 06 месяца предыдущего года по 06 месяц текущего.
Обозначение
Плюсы
Движение машины с трансмиссией CVT – это плавный набор скорости и отсутствие рывков и толчков. С вариатором вы не услышите «рычания» мотора, разгон будет достаточно быстрым и плавным.
При этом мотор работает в диапазоне пониженных оборотов. Это не только хорошо отражается на ресурсе двигателя и его деталей, но и позволяет экономить топливо и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Минусы
Вариаторы не выдерживают высокой мощности современных автомобилей, потому что их цепь и, тем более, ремень, не могут передать высокий крутящий момент. Поэтому бесступенчатые КП устанавливают на автомобили с крутящим моментом до 350-400 Нм. Как правило, это машины малого и среднего класса.
Другой недостаток работы вариатора связан с психологией водителя. Многим не нравится, что вариатор всегда поддерживает один диапазон оборотов. Так, при разгоне вариатор ведет себя непривычно – вместо «раскручивания» двигателя он сразу выходит на максимальные обороты и работает на них с монотонным гулом. В результате водитель не ощущает, собственно, разгон. И ему кажется, что коробка «тормозит». Для решения этой проблемы многие компании стали применять вариаторы с режимом ручного переключения виртуальных «передач».
Так, автомобили Audi стали оснащать новым типом вариатора – коробкой Multitronic.
В обычном режиме классический вариатор, при выборе режима «спорт» она имитирует работу классической АКПП, то есть, поддерживает выбранную водителем (с помощью подрулевых лопаток) виртуальную «передачу». Такой режим переключения осуществляется с помощью электронных блоков управления и напоминает принцип работы классического «автомата» или робота DSG с двумя сцеплениями.
Но, пожалуй, самый весомый недостаток вариатора — дороговизна его обслуживания и недолговечность трансмиссии.
Сама конструкция вариатора, при всех его плюсах по КПД и плавности хода, не рассчитана на большие пробеги и высокие нагрузки. CVT не любит пробки, бездорожье и высокие скорости и редко когда доживает до 200 тыс. км.
Мало кто знает, что вариатор надо регулярно обслуживать. Причем простой заменой масла (а оно для вариатора намного дороже, чем для других КПП) дело не обойдется.
Еще необходимо менять фильтры и промывать радиатор в нем, желательно – с его разборкой и промывкой каждые 50-60 тыс. км. Не сделаете этого спустя 100 тысяч – риск поломки вариатора весьма велик. А иногда и гораздо раньше.
Выходят из строя в вариаторах, как правило, две вещи. Ремень, который обеспечивает связку ведущего и ведомого валов, и его достаточно сложная электроника. Причем электроника может давать сбои значительно раньше.
Если ремень рвется и разлетается в клочья (средний срок его жизни – порядка 100 -150 тыс. км) и выводит из строя всю коробку, простой заменой ремня уже не обойтись. Скорее всего, придется ремонтироваться у официалов, а послегарантийный ремонт там обойдется очень недешево.
Вариатор Мультитроник (Multitronic)
Вариатор Мультитроник (Multitronic) является разновидностью бесступенчатой коробкой передач. Применение данной коробки обеспечивает максимальную динамичность автомобиля, высокую топливную экономичность двигателя и комфорт в управлении транспортным средством. Благодаря высоким потребительским качествам вариаторная коробка передач устанавливается на автомобили премиум-класса Audi (модели А4, А5 и А6).
Вариатор Мультитроник состоит из многодискового мокрого сцепления, планетарного механизма, промежуточной передачи, вариаторной передачи, главной передачи и дифференциала. Вариатор имеет собственную электронную систему управления. Все конструктивные элементы помещены в картер коробки передач.
Функцию разъединения двигателя от коробки передач в системе Multitronic выполняют два мокрых (работающих в масле) многодисковых сцепления. Сцепления представляют собой многодисковые фрикционные муфты – фрикционы: фрикцион переднего хода и фрикцион заднего хода. Конструкция фрикционных муфт аналогична муфтам, применяемым для переключения передач в АКПП.
В коробке передач предусмотрено принудительное охлаждение фрикционов отдельным потоком рабочей жидкости. Фрикционные муфты имеют существенные преимущества по сравнению с гидротрансформатором, выполняющим аналогичную функцию. Они обладают меньшей массой, компактны и проще в управлении.
Планетарный механизм используется только для движения задним ходом. При движении автомобиля вперед происходит блокировка редуктора фрикционом переднего хода. При движении назад – фрикцион заднего хода блокирует коронную шестерню редуктора на корпус коробки передач, вследствие чего планетарный редуктор движется в противоположную сторону. Скорость движения задним ходом ограничивается системой управления.
Вариаторная передача обеспечивает плавное изменение передаточного числа. Она состоит из ведущего и ведомого шкивов, соединенных цепью. Каждый из шкивов представляют собой два диска с конической поверхностью. Ведущий диск соединяется с коленчатым валом двигателя через промежуточную передачу. С ведомого диска крутящий момент направляется на главную передачу. Один из дисков на каждом шкиве подвижен. Это позволяет в процессе работы изменять диаметр шкива.
В вариаторе Мультитроник впервые применена металлическая цепь. Данное техническое решение позволило значительно расширить диапазон передаточных чисел за счет уменьшения поверхности соприкосновения цепи со шкивом (в сравнении с клиновидным ремнем). Снижение шума при работе металлической цепи достигнуто путем использования звеньев различного размера.
Привод каждого из шкивов состоит из двух гидроцилиндров – прижимного и регулировочного. Прижимной гидроцилиндр непосредственно прижимает цепь к дискам шкива. Регулировочный гидроцилиндр обеспечивает изменение диаметра шкива, т.е. регулирует передаточное отношение. Сила, с которой диски прижимаются к цепи, контролируется датчиком крутящего момента. Датчик установлен на ведущем диске.
Так как вариатор Multitronic устанавливается на переднеприводные автомобили, в конструкцию коробки передач включены главная передача и дифференциал.
Система управления коробкой передач включает входные датчики, электронный блок управления и гидравлический блок в качестве исполнительного устройства.
Входные датчики системы управления оценивают положения рычага селектора, число оборотов на входе коробки передач, число оборотов на выходе коробки передач, температуру и давление рабочей жидкости.
Электронный блок управления служит для выбора оптимального передаточного отношения в соответствии с условиями движения и желаниями водителя. На основании сигналов датчиков электронный блок управления вычисляет величину давления рабочей жидкости и реализует это давление путем воздействия на электромагнитные клапаны. Блок управления установлен непосредственно на коробке передач.
Гидравлический блок управления осуществляет непосредственное управление фрикционами переднего и заднего хода, прижимными и регулировочными цилиндрами, регулирует давление рабочей жидкости в системе, а также производит охлаждение фрикционов. В гидравлическом блоке имеются следующие исполнительные механизмы: золотник ручного управления, гидравлические клапаны и электромагнитные клапаны управления давлением.
Циркуляцию рабочей жидкости в гидравлической системе обеспечивает масляный насос шестеренного типа, который имеет привод от первичного вала коробки. Для охлаждения фрикционов применяется эжекционный насос, действие которого основано на подаче рабочей жидкости за счет разряжения. Охлаждение рабочей жидкости производится в теплообменнике, включенном в систему охлаждения двигателя.
Вариатор Мультитроник имеет механическую связь с рычагом селектора. Режимы управления коробкой передач аналогичны режимам АКПП. В данной коробке реализован режим «Кик-Даун» (Kick-Down), предполагающий быстрое ускорение автомобиля. Используется функция выбора фиксированных передач Типтроник.
Итого
Вариатор представляет собой бесступенчатую трансмиссию, которая обеспечивает плавность хода и гарантирует бережную эксплуатацию двигателя. Для автомобилей Audi используется особой вид вариатора – трансмиссия Multitronic, с функцией выбора и переключения «виртуальных» передач.
К основным недостаткам вариатора относят особенности его работы, сложность и дороговизну обслуживания. Вариатор не рассчитан на высокие нагрузки и огромные пробеги.