2понравилось
Вариатор (Hypertronic CVT): описание и принцип работы
Вариа́тор — отдельный агрегат или встроенный в машину узел для плавного изменения передаточного числа. Вариатор состоит из одной или нескольких бесступенчатых передач и устройств, обеспечивающих их функционирование. Основная характеристика вариатора — диапазон регулирования, то есть отношение наибольшего передаточного числа к наименьшему (обычно 3—6, реже 10—12).
Вариатор обеспечивает оптимальный скоростной режим машины при различных условиях её работы. Например, на станке можно поддерживать наивыгоднейшую скорость резания на различных участках заготовки при обработке поверхностей вращения переменного радиуса. На эскалаторах метрополитена вариаторы служат для точной подгонки скоростей движения поручней и лестницы. Вариатор применяют в станках, машинах и механизмах текстильной, бумажной, химической промышленности, на транспорте. Распространённая конструкция — клиноремённый вариатор со встроенным электродвигателем. Применение вариаторов как бесступенчатых регуляторов скорости (при необходимости — с программным управлением) значительно возрастает в связи с возможностью использования их для автоматизации управления производственными процессами.
В последние годы всё чаще слышно про автомобили оснащённые клиноременными вариаторами (CVT). Аббревиатура расшифровывается следующим образом - CVT (Continuously Variable Transmission), что можно перевести как трансмиссия с плавно изменяемым передаточным числом. Этот новый тип трансмиссии устанавливают на автомобили различных марок, включая и все ведущие японские компании по производству автомобилей.
До недавнего времени основными недостатками вариаторов являлись невозможность передачи большого крутящего момента и сравнительно малый срок службы. На практике оказалось, что при большом крутящем моменте резиновый клиновый ремень проскальзывает, быстро изнашивается, а чуть что — рвется. Поэтому вариатор в основном применяют только на легких и относительно маломощных мотороллерах, гидроциклах и снегоходах.
Первым исключением стали голландские малолитражки DAF, появившиеся в 1958 году — двухдверные автомобильчики с двухтактными 22-сильными моторами, которые владелец завода инженер Хуб ван Доорн снабдил вариатором Variomatic собственной конструкции. Вариатор был далек от идеала, но ван Доорн был настолько увлечен идеей его усовершенствования, что в 1965 году продал производство легковых автомобилей фирме Volvo (после чего вариатор перекочевал на автомобили Volvo 3-й серии, но потом был снят с производства из-за малого ресурса ремня — около 30000 км), а сам основал фирму VDT, Van Doorne Transmissie. В 1971 году на VDT начали работу над изобретенным здесь стальным толкающим ремнем, состоящим из множества нанизанных на две стальные полосы плоских сегментов, и в конце 80-х голландцы добились-таки успеха: все вариаторы, которые с 1987 года и до последнего времени появлялись на легковых автомобилях Subaru, Fiat, Ford, Nissan, Rover, Honda, оснащались ремнями от VDT. После того, как компания Van Doorn Transmission создала надежную конструкцию — пластинчатый металлический ремень, бесступенчатый вариатор перестал быть уделом лишь маломощных механизмов и начал появляться на автомобилях со все более мощными моторами.
[FLOAT="left"][/FLOAT]Клиноременный вариатор как тип трансмиссии известен давно. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапецеидальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, словно попавший между ними клин (отсюда и название "клиноременный"), наружу — радиус шкива, по которому работает ремень, увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Когда оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой.
Прелесть вариатора в том, что изменять соотношение радиусов шкивов можно плавно, а не ступенчато, как в любых коробках передач. Главное — делать это синхронно и не давать ремню проскальзывать. Как правило, половинами одного из шкивов управляет приводной механизм (в автомобильных вариаторах — гидравлический), а половины второго шкива подпружинены и отзываются на ослабление или натяжение ремня.
Наиболее широко вариаторы применяются в легкой технике — в трансмиссиях мотороллеров, снегоходов и водных мотоциклов. Там используются резиновые армированные ремни, но для применения на автомобилях они не подходят — слишком велики износ и проскальзывания. Хотя попытки были — автомобили DAF и, позже, первые Volvo 3-й серии снабжались вариаторами голландской фирмы VDT (Van Doorn Transmissie). Когда из-за низкого ресурса автомобилестроители отказались от резиновых ремней (и, казалось, от вариаторов), специалисты VDT продолжали работать над усовершенствованием своего детища — и, наконец, запатентовали техническое решение, которое вернуло вариатор к жизни. Они изобрели ремень из множества стальных пластинок, набранных, словно четки на нить, на стальное гибкое кольцо. Такой ремень воспринимает гораздо больший крутящий момент, так как он передает толкающее, а не тянущее усилие.
С этого началось возрождение вариаторов. Теоретически, они должны обеспечить лучшую динамику и меньший расход топлива, чем даже механические коробки передач — из-за того, что двигатель с вариатором может всегда работать на оптимальных оборотах. Но на практике этого достичь нелегко. Не удается избежать потери энергии на привод гидронасоса, поддерживающего давление масла в исполнительной системе. Помимо этого, для рассоединения вариатора и ведущих колес при остановке используют или гидротрансформатор (как это сделал Nissan), или пакет фрикционов с гидроприводом. А это тоже потери мощности...
NISSAN лидирует в мире по разработке коробок передач с непрерывно изменяющимся передаточным числом - CVT (фирменное название - Hyper CVT). На выпускаемую в Англии модель MICRA коробка передач CVT устанавливается с 1992 года. Однако CVT, устанавливаемая на автомобили сегмента D c 1997 года - открытие совершенно нового поля деятельности. Этой трансмиссией начали оснащать модели PRIMERA, BLUEBIRD, AVENIR с 1.8 и 2-х литровыми двигателями. Эти машины - не только первые авто из сегмента D, на которые устанавливается CVT, но и первые в мире автомобили с двухлитровым двигателем и такой коробкой передач.
[FLOAT="left"]
Вариатор CVT M-6. M-6 означает, что кроме
автоматического режима возможен ручной выбор
и переключение шести ступеней с
фиксированными передаточными числами.[/FLOAT]Вариатор CVT предоставляет водителю возможность выбора режимов движения, аналогичных обыкновенным автоматическим коробкам: P-R-N-D-L. В новой коробке CVT М-6 с возможностью выбора фиксированных передаточных отношений, справа от традиционной прорези находится еще одна, по которой рычаг селектора может перемещаться к знакам "плюс" или "минус", означающих повышение или понижение передачи.
При рычаге селектора, находящемся в этой прорези, водитель может пользоваться одним из шести зафиксированных передаточных чисел. Этот рычаг можно просто двигать вперед - назад для переключения на повышающую или понижающую передачу. Новая коробка передач CVT М-6 предлагает водителю больше возможностей при выборе режима движения: спокойное, расслабленное при автоматическом режиме или более динамичное при ручном.
Как и в автомобиле с "автоматом", педаль сцепления отсутствует. Нет необходимости отвлекаться на переключения передач, не нужно нарабатывать необходимую координацию: только педаль акселератора и тормоз. Американцы давно оценили эти преимущества и механическая КПП для них отчасти - нонсенс. "Автоматами" с особым удовольствием пользуются прежде всего женщины, те, кто недавно сел за руль, очень занятые люди, которым не до "драйверских радостей", и все, кто не любит прилагать к чему бы-то ни было лишних усилий.
С технической точки зрения "автомат" повышает ресурс двигателя - резкие броски сцепления и прочие "несанкционированные" коллизии в трансмиссии отсутствуют. Разумеется, за это пришлось платить - сложностью устройства, его дороговизной, ростом расхода топлива, которым отличались автоматические гидромеханические трансмиссии (управляемые не электроникой) и, соответственно, количеством выбросов. Именно эти причины вот уже добрые полвека будоражат умы конструкторов, пытающихся создать трансмиссию, в которой бы не было моментов перехода со ступени на ступень, а передаточное число изменялось бы плавно.
Условия для работы двигателя в этом случае идеальны: практически постоянные обороты означают минимальный шум, расход топлива, токсичность и износ, поскольку отсутствие переходов с передачи на передачу уменьшает нагрузки и на двигатель, и трансмиссию.
CVT предпочтительней обычной автоматической трансмиссии, так как проще, экономичнее и совершеннее. Как и обыкновенная автоматическая коробка, CVT позволяет водителю не напрягаться выбирая передачи. Но вместо ее фиксированных передаточных чисел, CVT самостоятельно выбирает передачу из бесконечного их количества в соответствии с условиями движения и режимом, выбранным водителем.
[FLOAT="left"]
Сравнение режимов работы обычной автоматической
трансмиссии и клиноременного вариатора[/FLOAT]Использование традиционной автоматической коробки ведет к повышенному расходу топлива вследствие потерь на внутреннее трение и скольжение в постоянно вращающихся частях планетарных редукторов, к тому же включение и выключение передач может вызывать такие же рывки, как при неудачном переключении передач в ручной трансмиссии.
В CVT планетарные редукторы и связывающие их элементы заменены двумя шкивами переменного диаметра, связанными сегментированным стальным ремнем. Один из шкивов является ведущим (приводимым во вращение двигателем), а другой - ведомым, от которого идёт привод на колёса. Схему работы CVT можно понять из рисунка, приведенного ниже. Привод включается через электромагнитное сцепление. Система настроена на оптимальное использование режима работы двигателя и обеспечивает идеальную плавность при изменении передаточного числа.
Чтобы использовать больший крутящий момент двухлитрового двигателя, в новой CVT использован более широкий и крепкий стальной ремень, а система управления шкивами работает под более высоким давлением жидкости в магистрали. Привод ведущего шкива регулируется гидротрансформатором, сходным с обычными автоматическими трансмиссиями, вместо электромагнитного сцепления. Этот гидротрансформатор позволяет автомобилю, оснащенному новой CVT, медленно двигаться при отпущенной тормозной педали, что облегчает парковку и троганье на подъемах.
[FLOAT="left"][/FLOAT][FLOAT="right"]
Расстояние, которое проходят автомобили
с обычной автоматической трансмиссией и
CVT, на одном литре топлива[/FLOAT]Чтобы предотвратить традиционный для гидротрансформатора повышенный расход топлива, NISSAN разработал изолирующий его блокирующий механизм. Благодаря ему, разница в расходе топлива автомобилей с ручной трансмиссией и CVT или CVT М-6 очень мала. Поэтому водитель, остановивший выбор на любой из этих трансмиссий, может пользоваться всеми преимуществами обыкновенной автоматической коробки передач, совмещая их с совершенством и низким расходом топлива CVT.
Как и все системы новой трансмиссии, блокировка гидротрансформатора, выполняющего роль сцепления, контролируется электроникой. Контрольный блок CVT управляет всеми ее функциями и узлами: гидротрансформатором, гидравлическим масляным насосом, собственно переключением передач, включая заднюю, а также ручным режимом работы CVT М-6.
Активизированный селектором, ручной режим CVT М-6 выбирает одно из шести заранее запрограммированных передаточных чисел. Пять из них близки к передаточным числам обыкновенной ручной коробки передач, шестая - оптимально подобрана для экономичного движения на высокой скорости. Далее водитель переключает передачи простыми движениями селектора вперед - назад. Например, при включенной пятой передаче, что высвечивается на специальной шкале панели приборов, два движения селектора назад означают переход на третью передачу, одно вперед - на шестую.
Система разрабатывалась вместе с новыми двигателями и шасси автомобиля на огромном количестве дорог Великобритании, Европы и Японии. Время переключения передач оптимизировано и значительно быстрее времени переключения на ручной коробке. На автомобиле, оборудованном CVT М-6, водитель столь быстро и плавно переключает передачи, особенно понижающие, потому что ему не нужно подстраиваться под обороты двигателя и нажимать педаль сцепления.
[FLOAT="left"]
Сравнение эффективности работы 5-ти ступенчатой механической
трансмиссии и CVT M-6[/FLOAT]Как альтернатива, стандартная CVT имеет спортивный режим, управляемый кнопкой на селекторе. В этом режиме трансмиссия работает в районе оборотов двигателя, при которых достигается максимальная мощность и, как следствие, более быстрый разгон и торможение двигателем. Спортивный режим впервые появился на данном вариаторе CVT.
В заключение отметим, что CVT является куда более совершенным типом трансмиссии по сравнению с традиционными автоматическими коробками передач. Совершенство проявляется в более лучшей динамике разгона, меньшем расходе топлива, более плавной езде у автомобилей оснащённых клиноременными вариаторами. И в тоже время, CVT проще по конструкции, чем традиционные "автоматы". Думается, что в недалёком будущем автомобили оснащённые CVT полностью вытеснят машины, оснащённые обычными "автоматами" и сильно потеснят машины с "механикой".
japcar.ru, ru.wikipedia.org, autogear.ru, autoreview.ru, history.nissan.co.jp
P.S. А ЭТО видео работы вариатора
Поиск
