Тойота схема работы вариатора

Устройство вариатора

С каждым годом в автомобильной отрасли происходят существенные изменения: разрабатываются все новые устройства и аппараты для облегчения вождения и улучшения качества поездки. Постепенно все общепринятые приборы заменяются наиболее удачными изобретениями. Не стала исключением и всеми известная коробка передач.

Если вы страстный автолюбитель, то наверняка не раз сталкивались с названием – бесступенчатый вариатор. Эта новинка наших дней была придумана много лет назад. Еще одаренным Леонардо да Винчи в 1490 году. Но воплотить ее в жизнь смогли только в 1950 годах. Первым легковым автомобилем с такой трансмиссией стала 600-я модель от фирмы «DAF». В ней установили вариатор под названием «Variomatic», затем эстафету перехватила компания «Volvo». Сейчас многие автомобильные компании стали поставлять на рынок свои автомобили именно с такой трансмиссией.

Отличие вариатора от других коробок передач

Механическая коробка (МКПП) имеет пять скоростей, автоматическая (АКПП) – восемь, а вариатор обладает неограниченным количеством передач. Но это не главная разница. Для уяснения ситуации, немного опишем принцип действия двигателя, чтобы понять, в чем удобство использования вариатора.

Итак, в привычных ступенчатых коробках передач есть существенный недостаток – они имеют фиксированные передаточные числа, которых на дороге порой недостаточно. Даже при езде по абсолютно ровной поверхности двигатель должен, разгоняясь преодолевать внешнюю нагрузку – силу инерции, а затем, достигая идеального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он набирает скорость. А после этого передача становится низкой. Для ее повышения необходимо использовать большее количество ступеней, а в коробках передач их заложено определенное количество. Да еще при переходе на каждую из них происходит рывок. Поэтому возникло решение убрать ступени трансмиссии. В результате получили вариатор. Он представляет собой идеальный вариант, в котором смена скоростей происходит плавно без скачков.

Этот аппарат постепенно изменяет крутящий момент на ведомом и ведущем диске. Он начинает свое движение плавно, в отличие от других коробок передач. Авто, оснащенное им, ведет себя так, как будто на нем стоит мощный электродвигатель. Скорость машины увеличивается плавно, без постороннего шума. Из-за того, что вариатору не требуется переключения передач, авто с ним набирает скорость быстрее, чем с другими КПП.

К тому же автомобиль с вариатором намного проще в управлении. С ним под силу справиться даже начинающему автолюбителю, так как такой вид трансмиссии не реагирует на манеру вождения водителя и не способен заглохнуть. Даже при стремительном разгоне двигатель работает очень тихо, по сравнению с другими коробками. Если полностью притопить педаль газа, то произойдет молниеносное ускорение автомобиля без характерного «рычания».

Некоторым не нравиться, что мотор никак себя не проявляет при смене скорости, но это непривычно тем, кто привык ездить на автоматике или спортивных машинах, где «рёв» добавляет адреналина водителю.

Эта трансмиссия обладает большими возможностями, это подтверждает и тот факт, что до 1994 года на гонках болидов Формулы-1 ее нельзя было использовать.

Ведущие автомобильные производители наладили выпуск моделей вариаторов, создаваемых на своем предприятии, а чтобы выделить их из основной массы каждая фирма дала определенное название изобретению. Бесступенчатая КПП «Lineartronic» была разработана Subaru, «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz, Multitronic — Audi, а «Multidrive» — Toyota. Некоторые фирмы выпустили по два варианта вариатора:

• «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan;
• «Ecotronic» и «Durashift CVT» — творения от Ford

Чтобы автолюбителям сразу было понятно, что на машине стоит вариатор ему присвоили обозначение CVT. В ней зашифровано три слова – постоянно изменяющаяся трансмиссия (Continuously Variable Transmission).

Принцип работы вариатора и его устройство

Бесступенчатая коробка плавно изменяет крутящий момент в заданных промежутках регулирования. Это достигается за счет ее особой конструкции, которая состоит из следующих компонентов:

• вариатора;
• механизма сцепления;
• аппарата для передачи реверса;
• процессора с исполнительным устройством.

В качестве автоматического сцепления выступают разные виды устройств. Без них крутящий момент сразу же передавался бы на колёса, а так указанный узел будет отвечать за плавную передачу движения. Сцепление может быть:

• центробежным – технология «Transmatic»;
• мокрым многодисковым – представители «Multimatic» и «Multitronic»;
• электромагнитным — вариатор «Hyper»;
• гидротрансформаторным.

Последний вид применяется на большинстве авто. Он обеспечивает плавную работу двигателя без рывков и продлевает жизнь вариатору. На высоких оборотах входит в режим полного зацепления, при котором исключается проскальзывание. Но часть его мощности может уходить в нагрев. А бывают случаи, что он перегревается, об этом становиться известно по зажигающейся красной лампочке на приборной доске.

Работа вариатора осуществляется с помощью электронного блока. Он отвечает за следующие функции:

• управление сцеплением;
• изменение передаточного отношения между валами вариатора;
• контролирование работы планетарного редуктора;
• обеспечение действия реверсивного аппарата.

К электронному блоку передается информация от множества датчиков. Поэтому его работа взаимосвязана с показателями оборотов двигателя, давления в шинах, ABS и т. д. Сбор информации фильтруется в аппарате, и он автоматически настраивается на нужное передаточное число.

Но вариаторы не могут самостоятельно производить задний ход авто, поэтому для этих целей предусмотрен планетарный редуктор. Принцип действия, которого схож с работой в автоматической коробке.

Водитель при управлении транспортом с CVT проделывает практически те же действия, что и при использовании АКПП. Но они немного упрощаются, он выбирает только режим, а остальное выполняет за него удобное устройство вариатора. Также оно позволяет повторить некоторые манипуляции, возможные в привычных КПП. Например, можно зафиксировать определенное передаточное соотношение. Некоторые водители не чувствуют разгона машины, и потому относят постоянную частоту оборотов коленвала к недостаткам аппарата, но к этому надо привыкнуть и со временем удобство бесступенчатой коробки станет очевидным.

Виды вариаторов

Существуют несколько разновидностей. Они отличаются между собой по своей конструкции.

Клиноременной механизм

Это самый распространенный агрегат. В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнем. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем ее заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.

Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.

Принцип действия

При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина. В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот. В промежутках между этими состояниями ремень становится прямым. Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счет этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.

Клиноцепной вариатор

Вместо ремня в такой конструкции используется цепь. Отсюда и название вида. Звено такого устройства представляет собой несколько пластинок, которые между собой объединяются цилиндрическими осями. Они обеспечивают наименьший радиус изгиба. Цепь изготовлена из высокопрочной стали, так как при работе постоянно находится в контакте с конусовидными дисками и претерпевает сильные нагрузки. Такая работа сопровождается высокими температурами, и чтобы их снизить в вариаторе предусмотрели охлаждение жидкости в принудительном порядке.

За счет использования цепи удалось уменьшить радиус изгиба, он может быть 25 мм, поэтому такой вид вариатора имеет больший диапазон передаточных чисел. Клиноцепной вид отличается от своих аналогов наибольшим КПД, но из-за этого имеет и самую высокую стоимость. Такой вариатор был впервые применен на моделях Audi.

Тороидный вид вариатора

Он не содержит ни цепи, ни ремня. Движение дисков, которые применяются вместо шкивов, происходит при помощи роликов, создающих крутящий момент между ними. Передаточное число меняется при смене положений роликов и изменением их радиусов, которые обкатывают диски. Их поворот осуществляется за счет определенных устройств. Они способны регулировать силу прижатия роликов к дискам. В каждом таком вариаторе автомобильные фирмы применяют свои устройства. Например, компания Ниссан в своем аппарате «X — Tronic» заложила гидравлический механизм, управляемый электроникой. Он перемещает ролики вверх и вниз на самые малые расстояния, а затем из-за сдвига они проворачиваются самостоятельно.

Такой вид вариатора применяется реже всех, но за ним будущее.

Достоинства и недостатки вариатора

Любое изобретение имеет какие-то недоработки, не стал исключением и CVT. Его слабые стороны пытаются устранить, а пока они существуют, стоит о них знать:

1. Такие коробки передач не устанавливают на мощные авто, хотя уже есть несколько экземпляров именно с ними.
2. Ремонт CVT требует больших материальных затрат, и к тому же его осуществляют не на всех СТО. Очень сложно найти специалиста, который бы хорошо разбирался в устройстве данного типа.
3. Работа вариатора зависит от показаний множества датчиков, и если вдруг выйдет из строя хотя бы один из них, то это может привести к неправильной работе всей системы трансмиссии.
4. Такой аппарат требует заполнения внутренней его части специальной жидкостью, которая отличается высокой стоимостью в сравнении с аналогами, предназначенными для АКПП. А также ее уровень необходимо постоянно контролировать.
5. Трансмиссия испытывает большие нагрузки.
6. С данной коробкой передач существуют определенные ограничения по буксировке автомобилей, а также при использовании прицепов.

Неисправности вариатора

Но машина с вариатором имеет множество существенных преимуществ:

1. Удобство поездки на автомобиле с бесступенчатой КПП.
2. Плавность движения машины – стремительный разгон и торможение не вызывает рывков, как при использовании других коробок передач.
3. Стабильность показателей при достаточно продолжительном движении.
4. За счет оптимальной нагрузки на двигатель и продуманности работы автомата происходит существенная экономия топлива.
5. Уровень вредных веществ, создаваемых отработанными газами ниже, чем в автомобилях с АКПП И МКПП.
6. Безопасность езды на обледенелых дорогах, так как вариатор исключает пробуксовку колес.
7. Электронное управление работой двигателя увеличивает срок его износа, предотвращает от частых ремонтов.
8. Авто с вариатором ездит намного тише, чем с обычными коробками.

Новинки вариаторов

С каждым годом все больше автопредприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их характеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Данный вид отличается своими серьезными характеристиками:

• имеет наибольшее передаточное число. Его диапазон увеличен на двадцать процентов от обычного вариатора, поэтому он способен быстрее набирать скорость и тормозить. Это число 7.3:1. Оно выше, чем на автоматической коробке передач с семью ступенями;
• масса нового изобретения уменьшена на 13%;
• оснащен ASC. Эта система подбирает наилучшее передаточное число во время движения, при разгоне и торможении.

Вариатор фирмы JATCO

Сейчас представители компании «Porsche» подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариатора. Они улучшают характеристики комфортности поездки, разгона и торможения. Увеличивают КПД и уменьшают расход топлива. Хотят сделать такой вариант бесступенчатой трансмиссии, при котором вариатор станет схож с 8-ми ступенчатой АКПП.

Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полностью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизированные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

Источник статьи: http://autoleek.ru/korobka-peredach/variator/ustrojstvo-variatora.html

Вариаторы Toyota. Мифы и реальность

Как известно, в любом автомобиле есть коробка передач. Она помогает мотору приспособиться к различным скоростям и нагрузкам, но вот беда: и механика, и автомат – по сути набор пар шестерёнок с фиксированным отношением. Чтобы поменять отношение, эти пары надо переключать и на время смены отсоединять двигатель от ведущих колёс. При этом возникают рывки и мотор работает ступенчато – то на высоких, то на низких оборотах. Но есть способ соединить его с колёсами без ступеней. Такая трансмиссия называется вариатор, и основной её принцип – бесступенчатое изменение передаточного отношения.

В теории вариатор устроен просто: два раздвижных шкива с коническим ремнём между ними. Раздвигая и сдвигая половинки шкивов, можно менять диаметр, на котором работает ремень. Меняя диаметр, мы меняем и передаточное отношение. Вообще-то вариаторы далеко не новинка. Уже более ста лет их используют во всевозможном оборудовании, например, в печатных станках. Однако там они слишком громоздкие и выдерживают лишь небольшие нагрузки. Поэтому главными проблемами при вживлении вариатора под капот автомобиля стали уменьшение размеров и увеличение перевариваемого крутящего момента. Разные компании шли разными путями, и не у всех дело заканчивалось удачно. Первые вариаторы – и для стационарного оборудования, и для автомобилей – были с резиновым ремнём. И представьте, это работало, пока мощность мотора измерялась парой-тройкой десятков лошадиных сил, а крутящий момент не превышал 50 Нм. Но очень скоро стало понятно, что резина в качестве главного передающего звена в мощных автомобилях не годится. Исследования и эксперименты привели к выводу, что единственный материал, выдерживающий необходимые нагрузки, это сталь. И сегодня мы расскажем об одной из самых успешных, проверенной годами конструкции – вариаторе Toyota RAV4 со стальным ремнём.

Именно этот ремень, зажатый между двумя парами конусных шкивов, и меняет бесступенчато передаточное отношение трансмиссии. То есть одну пару шкивов крутит двигатель, другая соединена с ведущими колёсами. Когда первая пара максимально раздвинута, вторая, наоборот, сдвинута вплотную — это при старте. А по мере разгона вторые шкивы расходятся, ремень проваливается на меньший радиус, а первые синхронно сдвигаются — радиус растёт. Поскольку конусы шкивов гладкие, положений ремня (а значит, и передаточных отношений) может быть бесконечное количество – никаких ступеней, в каждый конкретный миг работы мотора можно обеспечить самое оптимальное с точки зрения экономии или самое мощное, если надо разгоняться, передаточное отношение. Что это даёт? Дело в том, что у мотора есть самая выгодная частота вращения – пик мощности. Обороты в стороне от этого пика тоже возможны и, в общем, используются в механических коробках и обычных автоматах, но эффективность силовой установки вне пика ниже. И только вариатор даёт возможность при нажатой в пол педали газа производить разгон точно на максимуме мощности. При этом вместо шагов по ступеням лестницы передач, ситуация больше напоминает плавный эскалатор.

А теперь о самом интересном в конструкции вариатора Aisin, который как раз и стоит на внедорожнике Toyota RAV4. Дело в том, что металлический ремень, который и есть сердце вариатора, крайне необычно устроен и работает не на растяжение, а на сжатие. Серебристая змейка набрана из плоских пластин, нанизанных на стальную ленту свёрнутую кольцом. На шкиве, где ремень изогнут, пластинки расходятся латинской «V», но стоит ветви ремня выйти на прямую между шкивами, пластинки встают в плотную стопку, отлично передающую любое усилие. Вариаторный ремень касается шкивов только боковыми поверхностями – тонкими торцами пластинок – и не пробуксовывает. Разумеется, для этого надо точно регулировать сжатие шкивов, расстояние между ними. Этим занимается гидроблок – система управления коробкой. А её электроника общается с системой управления двигателем.

Однако есть ещё момент старта машины, и тут, как в большинстве автоматов, работает гидротрансформатор. Он первым встречает поток мощности от двигателя и способен не только плавно сдвинуть машину с места, но и увеличить крутящий момент. Хотя его работа скоротечна: как только машина тронулась, срабатывает блокировка, и дальше в дело вступает наш старый знакомый – ремень. Конечно, на самом деле вариатор устроен немного сложнее, и кажущаяся простота двух пар шкивов и ремня окружена многочисленными инженерными решениями. Но мы не будем погружаться в такие глубины — инженерный гений уже решил все задачи и нам остаётся только наслаждаться бесшумной и плавной работой механизма. Большинство так и поступает, но некоторые считают, что если вы продвинутый драйвер, то вариатор вам не подойдёт. Ничего подобного! Поверьте, и бесступенчатым трансмиссиям хорошо знакомы режимы спортивной езды, принудительно включённой передачи и торможения двигателем. «Какие передачи? – спросите вы. – Здесь же их нет». Действительно, фиксированных передач нет, но они существуют виртуально, так сказать, программно. Сотни лучших инженеров Toyota и Aisin десятилетиями доводили работу своего бесступенчатого агрегата до совершенства. И, прежде чем отправлять вариаторные машины на экспорт, тщательно испытывали их на внутреннем рынке, собрав массу информации по тонкостям настроек и научив заметно экономить топливо. Но вот европейскому клиенту, привыкшему к механике, непременно подавай ручное переключение на любой трансмиссии. Ну что тут скажешь? Клиент всегда прав, и если он хочет управлять всем, то пусть управляет.

В вариаторе Sport Sequential Shiftmatic такая возможность реализована. Стоит перевести селектор в режим М – и появится возможность менять рычагом семь диапазонов работы трансмиссии, однако электроника всё равно не даст вам сломать коробку. Как только обнаружится, что ваши желания идут вразрез с возможностями силового агрегата и включённая пониженная передача может привести к забросу оборотов, прозвучит двойной зуммер. Принудительное ограничение особенно полезно на затяжных спусках, когда надо экономить тормоза. Водитель может выбирать семь различных темпов замедления, но если вам лень оперировать вручную, есть и автоматическое управление вариатором при езде по холмистой местности – всё для комфорта и плавности хода. Кстати, и при разгоне в обычном режиме вариатор RAV4 умело имитирует переключения передач, не раздражая пользователя монотонным воем при разгоне. Ещё одна система бережёт топливо на светофорах и не позволяет скатиться назад на подъёме. Если трансмиссия определила, что вы остановились и селектор остался в положении D, мотор на время стоянки уменьшит дозу впрыскиваемого топлива. Обороты упадут, что снизит нагрузку и на мотор, и на коробку. Но так будет только в случае остановки на ровной поверхности – на уклоне холостые останутся неизменными, что даст дополнительную небольшую тягу на колёсах и не позволит скатиться назад.

Притча во языцех – перегрев трансмиссии. Многие его боятся, однако в реальности нужно очень постараться, чтобы действительно заметно нагреть масло в коробке. Хотя, конечно, при большом желании и вариатор можно перегреть. Для того чтобы этого не произошло, встроенная защита заранее уведомит водителя сообщением на приборной панели.

Кстати, о масле. Точнее, специальной жидкости для CVT. Вариаторы действительно очень требовательны к его качеству. Причина понятна – усилие к колёсам ремень передаёт при помощи трения, а значит, неизбежен износ стальных пластинок. Так же как и в моторе, и вообще в любом узле со смазкой, именно масло аккумулирует в себе мельчайшие частицы износа и переносит их в фильтр, заодно охлаждая стальные детали. По регламенту контролировать состояние масла надо каждые 40 тыс. км пробега, но если вы любитель активной езды или часто используете машину для буксировки и бездорожья, то лучше превентивно поменять масло в диапазоне 40–60 тысяч. Но даже без этого ваш вариатор прослужит никак не меньше обычного автомата, а с учётом отсутствия в нём фрикционов – даже больше. И, поверьте, это не миф!

А мифов немало, и первый, самый распространённый – «металлический ремень ненадёжен». Так вот, ресурс вариатора с толкающим ремнём не ниже, чем у коробок-автоматов традиционной конструкции, а уж тем более у роботизированных трансмиссий. Реальных отказов по причине износа ремня практически нет, а подавляющее большинство водителей, эксплуатирующих машины с бесступенчатой трансмиссией, даже не знают, какой тип коробки у них стоит.

Ещё один миф – «вариатор не позволяет двигаться по бездорожью». Трудно сказать, откуда он взялся. Даже теоретически, исходя из того, что вариатор способен поддерживать любое передаточное отношение и плавно менять его в любом диапазоне, выходит, что он как раз лучше других трансмиссий приспособлен к бездорожью. Быстрая смена режимов работы коробки с D на R и обратно тоже не проблема. Такой приём называют раскачкой, и выполнить его на машине с вариатором не составляет труда. Единственное, в чём вариатор действительно может спасовать, это очень долгое буксование на высоких оборотах. Для этого, кстати, существует предупреждение о перегреве. Но, признаем, это далеко не стандартный режим эксплуатации кроссовера.

О специфической рабочей жидкости вариатора мы уже говорили, и требование заливать только специально предназначенный состав, как вы понимаете, выглядит совершенно обоснованным. Ведь контакт «сталь по стали» нуждается в особенной смазке, которая в определённый момент может потерять свои свойства, превратившись практически в клей или в почти в обычное масло.

Ну и последнее предубеждение пытается внушить нам мысль о полной неремонтопригодности вариатора. Оно тоже не соответствует действительности. На самом деле, если уж вам доведётся по-настоящему спалить ремень и шкивы, всё это легко заменить. Причём сложность работы не выше, чем при стандартном ремонте обычного автомата. Так что не верьте никаким мифам и гаражным байкам, а, как говорится, доверяйте профессионалам.

Источник статьи: http://4×4.media/58525-variatory-toyota-mify-i-realnost.html