Тороидальный вариатор: Тороидальный вариатор — СКРТ-Урал: Системы контроля расхода топлива — Контроль расхода топлива, Датчики расхода топлива, расходомеры топлива DFM

Содержание

Тороидальный вариатор

Вам может быть интересны также другие типы вариаторов:

В далеком 1878 году, задолго до изобретения ременного вариатора, в качестве игрушки, был изобретён тороидальный вариатор английским изобретателем Ч. Хантом. С тех пор о нём забыли до 1930-хх годов. Схема впервые была использована на практике забытым автомобильным брендом Austin. Его неоднократно пытались совершенствовать, но материалы не позволяли создать ролики подходящей прочности. Возвращение тороидальной коробки произошло благодаря японской компании Jatco в сотрудничестве с концерном Nissan в 1999 году. Тогда плодом их труда стала легендарная машина модели Skyline. Своё название устройство получило из-за поверхностей, напоминающих середину тора, которые образует пара шкивов.

Работа осуществляется за счёт пары роликов, касающихся разных диаметров ведущего и ведомого шкивов, имеющих форму полутора. В итоге передаточное отношение изменяется.

Основные особенности тороидного вариатора

Он имеет ряд отличительных свойств:

Для этого вида коробок нельзя применять обычное масло. Сложная субстанция на огромных скоростях вращения превращается в пленку, способствующую увеличению фрикционных взаимодействий.
Материал роликов – дорогостоящая углеродистая сталь. В точке прижима к тороидной поверхности возникает усилие до 10000 кг.
Этот тип коробок очень дорогой в обслуживании, но он позволяет при компактных размерах выжать максимум крутящего момента.

Где применяются такие вариаторы

Одним из самых знаменитых применений является передача усилия с турбины двигателя на электрогенератор в английском истребителе вертикального взлёта Hurrier. Огромная стоимость изготовления позволяет устанавливать его только на самые дорогие элитные автомобили. Конструктора часто называют его излишеством и желанием изобретателей выделиться на общем фоне. КПД этой коробки не настолько велик, чтобы можно было платить за присутствие 2-5% крутящего момента. Поэтому их использование является вопросом финансовых возможностей и целесообразности. В России этот вид трансмиссии является наименее изученным в силу его недоступности.

Extroid тороидальный вариатор — Тороидальный вариатор,

Многие производители наряду с механическими, автоматическими и роботизированными коробками переключения передач предлагают своим клиентам трансмиссии вариаторного типа

В салоне припаркованного автомобиля вариатор легко перепутать с обычным автоматом или роботизированной коробкой — отсутствует педаль сцепления, селектор напоминает классический рычаг «автомата» — но на ходу почти сразу становится понятно, что это совершенно другая система.

При этом не только по особенностям поведения автомобиля вариатор стоит особняком: относительно высокая цена, фактическая непригодность к ремонту и множество окружающих клиноременные КПП ограничений — всё это заставляет удивляться, зачем же их нам предлагают обычно не склонные к необдуманным решениям автопроизводители?

Попробуем разобраться.

Зачем нужен вариатор

Двигатель внутреннего сгорания проявляет себя по-разному в зависимости от оборотов, на которых работает: так, максимальный крутящий момент реализуется на одних оборотах, а максимальная мощность на других — причем в диапазоне, редко используемом, например, при городской езде.

И почти наверняка расход топлива в этих режимах работы двигателя не будет оптимальным (хотя, справедливости ради, нужно отметить, что расход зависит от множества факторов помимо числа оборотов двигателя).

Любая коробка передач нужна в автомобиле в первую очередь для того, чтобы изменять в широком диапазоне крутящий момент — а следовательно, и тяговое усилие и скорость вращения колёс автомобиля. При этом получает коробка передач этот крутящий момент с коленчатого вала двигателя, имеющего четко ограниченный рабочий диапазон.

При разгоне, когда нам нужна максимальная динамика, мы уводим двигатель в режим повышенных оборотов и стараемся в нем оставаться, пока необходимость в максимально быстром ускорении не отпадёт. При плавном ускорении на загородной трассе мы так же будем переключаться по мере необходимости. Именно по этой причине для более полного использования возможностей двигателя выгодно внедрить большее число «коротких» ступеней с узким рабочим диапазоном — чем сейчас и занимаются производители традиционных трансмиссий — но этот подход неизбежно ведёт к увеличению стоимости, сложности и веса коробки передач.

Принципиально же иной подход к этому вопросу состоит в разработке системы, позволяющей в заданном диапазоне передаточных чисел бесступенчато изменять передаточное число трансмиссии. Именно такой системой и является вариатор.

История

Первые наброски бесступенчатой вариаторной трансмиссии (СVT — Continuous Variable Transmission — Постоянно Изменяемая Трансмиссия) можно найти в работах Леонардо да Винчи, датированных примерно 1490 годом. Неизвестно, нашёл ли применение тогда этот принцип, но в Европе к теме вернулись уже в 19 веке — в 1886 году выдан европейский патент на тороидальный вариатор.

В 1910 году мотоцикл Zenith с патентованной вариаторной трансмиссией Gradua-Gear настолько успешно участвовал в гонках Hill Climb, что трансмиссии подобного типа были запрещены в этих гонках для сохранения конкурентоспособности традиционных КПП.

В 1912-ом на мотогонках Tourist Trophy та же судьба постигла британцев Rudge-Whitworth с их системой Rudge Multigear. Официальная формулировка также содержала отсылку к необходимости поддержания интриги в гонке.

Запреты вариаторов в спорте продолжались до конца века — так, в 1994 году вариаторы были запрещены в Формуле-1 ввиду опасений, что одна из команд может в будущем получить огромное преимущество, разработав достаточно эффективную трансмиссию на вариаторном принципе.

История вариатора на легковом автотранспорте начинается с 1928 года. Именно тогда третий по величине британский автопроизводитель Clyno Engineering Company устанавливает на автомобиль вариаторную трансмиссию собственной разработки — впрочем, не очень надёжную и эффективную ввиду отсутствия на тот момент необходимых технологий и материалов.

В 1958 году голландский производитель DAF, ныне известный нам по грузовым автомобилям, презентовал легковую машину DAF 600 с вариатором собственной конструкции Variomatic, которая после приобретения патентов компанией Volvo стала называться VDT (Van Doorne Transmissie— в честь владельца компании DAF Губерта Ван Дорна, самостоятельно разработавшего систему).

Машина была интересна ещё и тем, что обеспечивала возможность торможения двигателем — для перевода трансмиссии в этот режим достаточно было переключить тумблер на приборной панели. Именно DAF является первым массовым автомобилем с вариаторной трансмиссией.

В конце 80х годов доработанный японскими инженерами вариатор продолжил наступление в нише компактных автомобилей. Знаковым автомобилем стала нацеленная в том числе на американский рынок Subaru Justy с электронным управлением вариатором. Несмотря на ограниченную популярность модели, вариаторы на автомобилях марки продолжали использоваться и в дальнейшем.

Nissan, также начавший эксперименты с бесступенчатыми трансмиссиями на малолитражке March в 1990х, в итоге стал устанавливать на полноразмерные автомобили — примером тому была Nissan Altima с 3,5 литрами под капотом. До того одним из недостатков вариатора считалась именно неспособность работать с большими крутящими моментами.

В результате непрерывного совершенствования вариаторов сегодня мы можем наблюдать надежно работающие вариаторы как на мощных Nissan и Audi, так и на конструкциях, далеких от автомобильного мира: например, трансмиссия вариаторного типа ставится на японский основной боевой танк Type 10 весом в 48 тонн и мощностью силовой установки 1200 л.

с.

Принцип работы вариатора

Простейший конусный вариатор Эванса содержит два параллельных шкива конической формы, вершины конусов при этом направлены в противоположные стороны. Вращение с одного шкива на другой передаётся ремнем.

Если сдвинуть жесткий ремень на приводном конусе в сторону его основания, то для сохранения своей длины ремень сдвинется и на втором конусе, но за счет разнонаправленности конусов — на более узкий его участок. При этом передаточное число по мере движения приводного ремня будет плавно увеличиваться.

Чаще всего встречающийся в современных автомобилях клиноременной вариатор отличается в деталях от описанной схемы, но принцип, лежащий в основе данных устройств — общий: плавное изменение передаточного числа путём изменения диаметра приводного шкива.

Техническое устройство вариаторной трансмиссии

В клиноременном вариаторе каждый приводной шкив состоит не из одного, а из двух усеченных конусов, направленных друг на друга. Между ними зажат ремень клиновидного сечения, который при движении этих «полушкивов» навстречу друг другу буквально выдавливается на внешний радиус приводных конусов и одновременно переходя на меньший радиус ведомого вала. Плавной и согласованной регулировкой расстояния между полушкивами — а, как следствие, и выбранного передаточного отношения- в современных автомобильных вариаторах занимается электроника. Помимо электронного управления, в современную вариаторную трансмиссию входит и устройство, обеспечивающее возможность движения задним ходом (чаще всего для этого используется планетарная передача) и узел, компенсирующий отсутствие в вариаторе нейтральной передачи. Производители используют в этом качестве почти все типы сцепления из присуствующих на рынке:

гидротрансформатор (используется чаще всего), встречается на вариаторах Autotronic (Мерседес), Ecotronic (Форд), Extroid и Xtronic (Ниссан; первый чаще встречается на дорогих авто, второй — в бюджетном сегменте), Lineartronic (Субару), Multidrive (Тойота).
многодисковое сцепление моктрого типа используется в вариаторах Multitronic (Хонда), Multimatic (Ауди)
электромагнитное сцепление с электронным управлением встречается на системах Hyper (Ниссан)
центробежное автоматическое сцепление ставится на вариаторы Transmatic (старые ДАФ, Форд и Фиат)

Также некоторыми производителями активно используются тороидальные вариаторы, где ремня нет, а функцию передачи крутящего момента от одного вала к другому выполняют ролики разной формы. Наиболее известен двойной тороидальный вариатор Extroid CVT, который ставился на мощные топовые модели Nissan. К сожалению, высокая стоимость и малая распространенность данного типа вариатора не позволяет считать его конкурентом традиционной клиноременной системы.

Виды ремней вариатора

Главная технически сложная деталь клиноременного вариатора — это, собственно, ремень. Он должен быть крайне жестким и одновременно гибким — чтобы, будучи зажатым гидравликой в приводе иметь возможность работать на разных диаметрах шкивов. Категорически нельзя ему сжиматься или растягиваться. Простые автомобильные ремни — наподобие ремня генератора или газораспределительного механизма — под такие требования не подходят (хотя в вариаторе снегохода, например, используется именно резинотканевый ремень). Чаще всего в автомобильных вариаторах встречается наборный металлический ремень близкого к треугольному сечения. В ряде агрегатов этот ремень применяется как «толкающий» — стальная конструкция ремня при сжатии приобретает дополнительную жесткость, что позволяет передавать вторичному валу большую мощность. Впрочем, иногда проблемы передачи большой мощности с помощью вариатора решают применением вместо ремня широкой цепи, входящей в зацеп с половинами приводных шкивов своими боковыми частями. Дополнительное сцепление цепи, как и в клиноременном вариаторе, обеспечивается специальной трансмиссионной жидкостью, меняющей свою вязкость под давлением в точке контакта ремня и полушкива. Эта жидкость дороже обычного трансмиссионного масла и крайне важна для вариатора.

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

Несмотря на наличие в системе ремня, назвать его расходником нельзя — большая часть производителей даёт на свои вариаторы гарантию в 150-200 тысяч километров. При этом несвоевременная замена жидкостей, выезды на бездорожье, резкие нагрузки и удары неизбежно приводят к снижению срока эксплуатации узла — о чем те же производители часто «забывают» написать. Иногда для продления этого срока замену ремня и валов произвести возможно, но чаще узел заменяется в сборе. Основная беда вариатора заложена конструктивно — цепь или ремень, растянувшийся ввиду неправильного обслуживания или эксплуатации, начинает проскальзывать на шкивах, образуя на них задиры. Со временем даже небольшое разрушение ремня вариатора приводит к катастрофическим последствием для всех узлов вариатора. Помимо этого могут вызвать гибель трансмиссии и проблемы с датчиками скорости или шаговым мотором, управляющим всей системой. Иногда от продолжительного движения на высоких скоростях могут отказать подшипники полушкивов. Также вариаторы, изначально созданные под спокойную езду, плохо переносят резкие старты ввиду повышенной нагрузки на ремень/цепь. Отсюда же вытекают ограничения по буксировке как других автомобилей, так и прицепов, что в принципе — не проблема, если речь идёт о небольшом автомобиле. Кстати, о буксировке автомобиля с вариатором тоже следует сказать отдельно — для этого придётся включать двигатель, чтобы приводной ремень в вариаторе смазывался в движении — но ещё лучше вообще отказаться от буксировки авто на тросе. Вариатор, как система, в немалой степени зависящая от трения, склонен к перегреву при эксплуатации в снегу или на бездорожье. Вне дорог автомобиль с вариатором эксплуатировать вообще не стоит — ударные нагрузки и проскальзывание колес смертельно опасны для ремня вариатора. Все эти технические недостатки постепенно преодолеваются. Сложнее с другим —восприятием водителем вариатора, как некорректно работающего устройства традиционного типа. При необходимости резкого ускорения вариатор, до того находившийся в режиме минимального расхода топлива, сначала дожидается смены режима работы двигателя на оптимальный для разгона. При этом он постоянно меняет передаточное число, чтобы не мешать двигателю перенастраиваться. После чего, позволяя двигателю оставаться на зачастую некомфортных для слуха водителя высоких оборотах, вариатор начинает плавно менять диаметр шкивов в трансмиссии, обеспечивая плавный, но максимально эффективный разгон с сохранением двигателя в неизменном режиме работы с максимальной отдачей крутящего момента. Разгон получается оптимальным, но ускорение без привычного изменения тембра работы двигателя с набором скорости рождает заставляет неискушенного пользователя подозревать автомобиль в некорректной работе узлов и отсутствии динамики. Именно для борьбы с этим субъективным восприятием поведения автомобиля с вариатором производители идут на всяческие ухищрения: добавляют лепестковые подрулевые переключатели виртуальных передач (например, в системе Sportronic у Mitsubishi), изменяют программы управления разгоном так, чтобы выход на оптимальные обороты двигателя происходил постепенно. По сути всё это — скорее дань человеческому консерватизму и маркетинговый компромисс — характеристики авто при этом, пусть и незначительно, но страдают. Ровно по этой же причине рычаг управления режимами вариатора на многих автомобилях до сих пор стилизуют под рукоятку АКПП, хотя можно было бы обойтись и рядом кнопок.

Быть или не быть вариаторам

КПД трансмиссий вариаторного типа — едва ли не выше, чем у всех конкурентов и составляет 75%. При этом необходимо понимать, что одновременно получить рекордную экономичность и непревзойдённую динамику одной лишь установкой вариаторной трансмиссии — невозможно.

Что это такое. Принцип работы. Топ 3.. вида вариаторов

Конструкцией вариатора предусмотрена плавная передача крутящего момента от двигателя на колеса автомобиля. Что такое вариатор и основное отличие вариаторной коробки от других аналогов – отсутствие передач. Передаточные отношения здесь меняются как в автоматическом, так и в ручном режиме. Вариатор – это упрощенное название автоматической коробки передач вариаторного типа. Еще ее обозначают латинскими литерами CVT, расшифровка — Continuously Variable Transmission, дословный перевод – трансмиссия бесступенчатая.

Как работает вариатор

Автомобили, оборудованные вариаторной трансмиссией, внешне очень похожи на машины с коробкой автомат. Что такое вариатор на автомобиле? По аналогии с другими трансмиссиями, в конструкцию коробки передач CVT тоже входят две педали, селектор переключения режимов. Режимы вариатора имеют те же обозначения:

Р – паркинг.
R – реверс.
N – нормаль.
D – драйв.

На первый взгляд устройство трансмиссий совпадает. Однако, принцип работы вариатора CVT отличается от традиционной АКПП. Здесь полностью отсутствуют фиксированные передачи, нет нумерованных первой, второй и прочих скоростей. Коробка вариатор обладает огромным количеством передач, переход с одного режима на другой осуществляется совершенно незаметно и плавно. В процессе эксплуатации транспортного средства, оснащенного вариатором, водитель не ощущает рывков, толчков и пинаний. Независимо от того, трогается машина, разгоняется или тормозит, вариатор постепенно меняет передаточное отношение без резких движений, рывков.

Разновидности коробок-вариаторов

В зависимости от конструкции механизма и области применения, вариаторы CVT подразделяются на следующие виды:

Клиноременной вариатор.
Цепной.
Тороидальный.

Самый распространенный вариант исполнения – клиноременной вариатор.

Немного теории:

чтобы понять принцип действия клиноременной передачи, рекомендуется представить два шкива сложной конструкции, взаимно отдаленные на небольшое расстояние;
каждый шкив вариатора состоит из двух конусообразных дисков, верхушки которых сходятся и расходятся;
оба шкива огибает специальный ремень.

Устройство вариаторной коробки передач

В состав каждого шкива входят по два конуса 20°, которые отцентрированы вершинами относительно друг друга. Клиновидный ремень вариатора входит в меж-конусное пространство. Свое название ремень получил, благодаря оригинальной форме сечения в виде буквы V. Такой профиль позволяет увеличить площадь контакта, силу трения между ремнем и шкивами вариатора.

Сближение конусов приводит к увеличению диаметра шкива. Соответственно, при их разведении – он уменьшается (эффект переменного рабочего диаметра шкива). Шкивы переменного диаметра расположены строго попарно. Один из них – ведущий (входной), он является продолжением коленчатого вала силового агрегата. Ведущий шкив вариатора передает вращение на второй (ведомый) шкив, элементы коробки передач, трансмиссию, колеса автомобиля.

Существует термин «радиус основного тона», он характеризует расстояние от ремня до центров клиновидных шкивов. Когда шкивы вариатора разведены и находятся максимально далеко друг от друга, этот параметр минимален. При максимальном сближении конусов ремень перемещается к наружному краю, увеличивая радиус. Отношение радиусов основного тона, ведущего и ведомого шкивов, регулируется специальным устройством бортового компьютера.

Интересно: Если на одном из шкивов вариатора увеличивается радиус охвата, на другом, он синхронно уменьшается. Благодаря данному эффекту, ремень находится постоянно в натянутом состоянии. При взаимном изменении радиусов создается бесконечное множество передаточных отношений – от минимального до максимально высокого. Например, если радиус основного тона на ведущем шкиве очень маленький, на ведущем он приближается к максимуму. При этом скорость вращения выходного вала низкая, что соответствует пониженной передаче автомобиля. Для увеличения скорости машины достаточно сблизить конусы ведущего шкива вариатора.

Изменяя радиусы охвата на ведущем и ведомом шкивах, можно получить бесконечное множество значений передаточного числа вариатора. В коробке передач CVT шкивы, размещенные на ведущем и ведомом валах, оборудованы специальным гидроприводом, при помощи которого конусообразные половинки синхронно сдвигаются/раздвигаются. При этом передаточное число вариатора изменяется в широких диапазонах.

Чтобы обеспечить движение автомобиля в режиме заднего хода, в конструкцию коробки вариатор включен набор шестерен (планетарный механизм). При помощи включения зубчатых зацеплений в заданном порядке, выходной вал вариатора может изменять направление вращения.

Помимо трех основных компонентов, описанных выше, в состав системы электронного управления вариатора также входят различные датчики, микропроцессоры. Бортовой компьютер, встроенный в трансмиссию, управляет положением конусообразных шкивов вариатора, исходя из нагрузок и скорости передвижения транспортного средства.

Устройство клиновидного ремня

Ремень в клиноременном вариаторе CVT отличается сложным устройством. Благодаря использованию новейших материалов, ремни вариаторов очень надежны и эффективны. Вместо цепей и резиновых ремней, огибающих шкивы, в коробках вариатор применяются гибкие металлические ремни клиновидной формы (наборные металлические ленты).

Схема устройства металлического ремня вариатора:

Основой высокопрочного ремня вариатора служат тонкие полоски упругой стали (количество полос равно 9 – 15 штук), которые скреплены при помощи пластин сложной формы. Эти детали имеют форму трапеции, они плотно нанизаны на стальные ленты. Материал изготовления скрепляющих пластин – углеродистая легированная сталь высокой прочности.

Основные преимущества клиновидных стальных ремней:

Сверхвысокая прочность ремня вариатора.
Отсутствие эффекта проскальзывания.
Повышенная жесткость изделия при передаче усилий на сжатие (толкающий ремень).
Способность передавать максимальный крутящий момент от силового агрегата на ходовую часть.
При работе вариатора ремень не издает много шума.

Общий вид клиновидного ремня CVT:

Образец цепи, установленной в вариаторе авто фирмы АУДИ:

Клиновой ремень вариатора Audi изготовлен в виде широкой цепи, состоящей из отдельных стальных пластин.

Интересно: Для технического обслуживания клиновидной цепи вариатора используется специальный масляный состав. Смазочная жидкость способна изменять свои характеристики под воздействием повышенного давления в местах контакта пластин с поверхностью шкива. В результате чего, цепь вариатора CVT передает заданные усилия без проскальзывания и трения даже в условиях маленькой площади контакта.

Особенности управления коробкой вариатором

Когда автомобиль, оснащенный стандартной коробкой автомат, набирает скорость, приходится раскручивать обороты двигателя перед включением каждой передачи. Автомобиль с вариатором разгоняется при постоянных оборотах силового агрегата. На основании программы управления, выбранной водителем, вариатор самостоятельно изменяет передаточное число трансмиссии.

При подъемах на возвышенность, преодолениях преград или торможениях водитель нажимает на педаль газа, а вариатор автоматически снижает передачу. В это время диски шкивов синхронно передвигаются (сходятся/расходятся), занимают заданное положение, чтобы обеспечить требуемую величину момента кручения выходного вала вариатора.

При помощи электроники, коробка вариатор CVT может резко переключаться, например, перескакивая с виртуальной шестой на восьмую передачу. Или, по желанию водителя, можно постепенно переходить на следующий режим с имитацией последовательного переключения.

Где применяются вариаторы CVT

Благодаря простоте конструкции и комфортности управления, коробки передач вариаторного типа устанавливаются на автомобилях известных производителей: AUDI, INFINITY, NISSAN и др.

Вариаторы также нашли широкое применение в следующих механизмах и технических устройствах:

Сверлильные станки.
Тракторы и прочие сельхоз машины.
Мотороллеры.
Снегоходы.

Коробка вариатор, плюсы и минусы

При сравнении КПП вариаторного типа с классической коробкой автомат, выясняется, что АКПП состоит из многочисленных шестерен, валов, синхронизаторов, муфт, тормозов, гидравлической системы, плиты с масляными каналами и пр. Вариатор отличается простотой конструкции. В его состав входят только три основных компонента: ведущий и ведомый шкивы, а также приводной ремень.

Коробки вариаторы набирают популярность среди автопроизводителей и владельцев автомобилей, благодаря большому количеству достоинств:

Возможность набирать и снижать скорость без переключения режимов.
Плавность передвижения автомобиля при изменении скоростей вариатора.
Стабильность показателей мощности, вне зависимости от скорости машины.
Существенная экономия топлива.
Чуткая реакция электронной системы вариатора на изменения характера дороги (движение по скользкой дороге, на подъем, под уклон).
Отсутствие вынужденного замедления (авто не снижает скорость даже при преодолении подъемов).
Минимальные потери мощности вариатора, в сравнении с АКПП.
Отличная динамика разгона.
Стабильность оборотов двигателя.
Меньшие выбросы вредных веществ.
Простота устройства, минимальное количество рабочих элементов.

Благодаря сравнительно небольшому количеству составляющих, вариатор имеет намного меньший вес, чем аналогичная коробка автомат.

Вариаторы обладают простой конструкцией, но это не исключает необходимости регулярного технического обслуживания. Больше всего хлопот и неприятностей доставляет ремень вариатора CVT. Кроме компьютерной диагностики, здесь требуется производить замену клиновидных или цепных ремней после каждого пробега, равного 50 – 60 000 км. Бывают случаи, когда ремень вариатора нужно менять намного раньше. Все зависит от марки машины, модели вариатора, условий эксплуатации автомобиля.

Наряду с очевидными преимуществами, коробка вариатор обладает определенными недостатками:

Вариатор плохо переносит усиленные нагрузки.
Его редко устанавливают на внедорожники, которые эксплуатируются на тяжелых трассах.
Сравнительно небольшой срок эксплуатации.
Трудно найти квалифицированного специалиста по ремонту и восстановлению работоспособности вариаторов.
В мастерских автосервиса часто предлагают полностью заменить поломанный вариатор на новый дорогостоящий механизм. Стоимость нового вариатора составляет более 30% от общей цены на автомобиль.

Внимание: Многие водители отмечают в поведении вариатора некоторую медлительность при переключении передач – эффект задумчивости. Не всех автовладельцев удовлетворяет задержка в одну-две секунды.

Устройство тороидального вариатора

В отличие клиноременной конструкции, вариатор тороидального типа состоит из двух дисков, выполненных в виде вогнутых криволинейных поверхностей. Вращение от ведущего элемента на ведомый передается при помощи специального ролика скользящего действия. При его наклоне и перемещении к наружному диаметру ведомого диска происходит увеличение передаточного числа. Соответственно, при наклоне ролика в противоположную сторону и смещении к центру диска, передаточное отношение вариатора снижается.

Схема устройства и принципа действия тороидального вариатора:

Основные требования к тороидальным вариаторам: высокий коэффициент полезного действия, длительный срок эксплуатации. Чтобы обеспечить выполнение поставленных задач, при изготовлении элементов вариатора используются дорогостоящие материалы, современные технологии.

Тороидальные вариаторы отличаются относительной простотой, однако, такие вариаторы редко применяются в современном автопроизводстве. Это объясняется следующими факторами:

повышенная требовательность к точности изготовления рабочих элементов;
прочности поверхностного слоя сопрягаемых дисков и роликов;
использование дорогих технологий при изготовлении узлов и деталей;
сложность настроек;
высокая стоимость специальных смазочных материалов.

Как работает тороидальный вариатор

Глядя на схему тороидального устройства, может показаться, что оно не относится к механизмам вариаторного типа. Здесь отсутствует ременная передача, шкивы не перемещаются относительно друг друга (не сходятся и не расходятся), валы стоят неподвижно. Но, если проанализировать принцип действия данного механизма, получается, что он очень похож на классический вариатор:

Ведущий диск вариатора прочно сидит на выходном валу двигателя внутреннего сгорания.
Ведомый – передает вращение на приводной вал главной передачи.
Ролики передают момент вращения от силового агрегата на ведомый диск.
Передаточное число изменяется, в зависимости от угла наклона роликов и места контакта с дисками.

Благодаря двум степеням свободы, ролики вариатора могут крутиться вокруг своей оси, а также совершать наклоны в вертикальном направлении. В результате происходит их контакт с дисками на различных уровнях.

Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках

 «Слушай, а не страшно брать, с вариатором-то?» – все время спрашивают те, кто собрались покупать подержанный Nissan Qashqai или, скажем, Audi A5. Бесступенчатых трансмиссий боятся… Справедливо ли? Все зависит от конкретного типа коробки – «вариантов вариатора» очень много.

История часто несправедлива в отношении вариатора. То это перспективная трансмиссия, то символ дешевой и неудачной автоматической КПП… После выпуска первых легковушек DAF 600 с вариатором и попыток применения аналогичных конструкций с ремнями на машинах Вольво прошло уже более тридцати лет, и изящная идея все еще пытается обрести столь же изящное техническое воплощение.

За прошедшие годы вариаторы из экзотики превратились во вполне себе обычный тип «автомата», особенно на японских машинах, успев пережить несколько кризисов, набирая и теряя баллы репутации и претерпев несколько крайне значительных изменений конструкции. Причем сейчас в серийном производстве присутствуют все они вместе взятые. Обычно вопрос «что выбрать» не стоит выбора типов трансмиссий на одной модели машины нет, максимум можно выбирать между механической КПП и вариатором (редкие исключения только подтверждают правило), но этот материал будет полезен для понимания того, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.

Принципиальная конструкция

Напомню, что суть вариаторной трансмиссии довольно проста. Передаточное отношение меняется в определенном диапазоне плавно, без ступеней, при этом обороты мотора могут находиться в оптимальной зоне для данного режима движения, что повышает экономичность и улучшает тяговые возможности машины. Это в теории.

На практике же различные конструктивные исполнения могут иметь множество недостатков, порой перечеркивающих их достоинства. Есть несколько способов передавать крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Самый простой и очевидный способ – это передача момента ремнем через шкивы, диаметры которых постоянно изменяются. Конструкции такого рода были известны с древности – обычный кожаный ремень мог двигаться по коническому шкиву, удерживаемый от сползания роликом натяжения.

Диаметр второго шкива при этом оставался неизменным или же, как и в современных конструкциях, шкивы были сложными и составными, а ремень просто зажимался с боков – с одной стороны пружиной внутри шкива, обеспечивающей натяжение, а на другой шкив мог регулироваться. Последняя конструкция ближе всего к существующим поныне автоматическим трансмиссиям.

Старинный вариант

Предприятие братьев Ван Дорн, входившее в промышленную империю DAF, использовало простую схему с тянущим мягким ремнем – но уже не кожаным, а металлокордным – для своих легковушек. После покупки DAF компанией Volvo схему попытались применить на более крупной машине – Volvo 340, но не очень удачно. Трансмиссия получилась очень большой, заняв много места в багажнике, – у машины была схема трансэксл, когда двигатель расположен спереди, а КПП – на заднем мосту. Открыто расположенные шкивы загрязнялись, а ремни пробуксовывали, растягивались и горели. Опыт был признан неудачным.

Впрочем, сама конструкция не исчезла. Не пригодившись на автомобилях, она завоевала себе место под капотом мотороллеров и снегоходов, вполне соответствуя применению этих транспортных средств. С меньшим крутящим моментом она прекрасно справлялась, недорогой тянущий ремень можно было менять раз в сезон, а то и чаще, эта простая операция не требовала серьезных затрат, а малая масса и простота обеспечила самое широкое распространение. В общем, обычная схема с тянущим ремнем жива и поныне. Причем чувствует она себя очень уверенно, ни о какой замене на сложные наборные ремни или цепи речи даже не идет.

Варьируем материал ремня

Вариаторы, столь успешно прижившиеся в мототехнике, на машинах долгие годы не применялись, но простота и удобство схемы не давали конструкторам покоя. Основные проблемы были уже давно выявлены – при хорошем динамическом диапазоне такой АКПП ей все же очень мешали снижение КПД при крайних передаточных отношениях (когда разница между диаметрами ведущего и ведомого шкивов становилась слишком большой) и большая нагрузка на ремень при этом.

Сильно улучшило позиции вариатора изобретение компанией братьев Ван Дорн наборного стального ремня. Конструкция его состояла из нескольких несущих стальных лент-ремней и перпендикулярно нанизанных на них стальных пластин сложной формы, позволяющей передавать вращение со шкивов.

Для трогания с места предусматривалось обычное фрикционное сцепление (как на «механике»), а для расширения динамического диапазона и заднего хода еще и планетарная передача, знакомая по классическим АКПП. Поначалу вариаторы оснащались еще и повышающими редукторами для снижения передаваемого момента, но серийные конструкции были устроены уже немного проще.

Ресурс таких конструкций возрос до вполне приемлемых 80-120 тысяч километров пробега, но недостатков хватало. И в первую очередь не хватало надежности в работе. Особого распространения схема не получила, так как дальнейшее небольшое усовершенствование схемы работы ремня значительно улучшило характеристики трансмиссии.

Основные недостатки касались вибраций и (все еще) крайних передаточных отношений. При минимальном диаметре одного из шкивов ремень на нем сильно изгибался и к тому же пробуксовывал из-за недостаточной площади соприкосновения. Любые рывки тяги провоцировали пробуксовку еще сильнее. Пробуксовка быстро изнашивала ремень и шкивы. Возникающие при пробуксовке вибрации попутно вредили трансмиссии и снижали комфорт. В результате даже такая усовершенствованная конструкция применялась только на малолитражных машинах. Наиболее популярная из них – это Nissan Micra K11, дебютировавшая в 1992 году.

На фото: Nissan Micra K11

Тянущий вариант и гидротрансформатор

Исправить ситуацию помог гидротрансформатор вместо фрикционного сцепления и изменение схемы работы ремня. «Бублик», который был задействован при трогании машины, позволял избежать рывков тяги, а заодно и облегчить старт. А значит, можно было ограничиться меньшим передаточным отношением при трогании и заодно снизить вероятность пробуксовки из-за смягчения рывков ГТД.

Второе важное новшество – применение так называемого «толкающего ремня». В этом случае крутящий момент передавался не на той ветви ремня, что тянул ведущий шкив, а на той, что он толкал. Стальные бандажи, основа ремня, не испытывали больше нагрузки на растяжение, а все усилие передавалось через пакет пластин.

Это нововведение уменьшило износ ремня и улучшило условия его работы. А все вместе позволило применять вариатор на весьма мощных моторах. Изначально моторы 1,6 литра были пределом, но сейчас аналогичные конструкции применяют уже и на моторах 2,5, а то и 3,5 литра. Например, так устроены самые распространенные конструкции вариаторов Jatco, применяемые на многих японских машинах, например, бестселлерах Nissan Qashqai и X-Trail, а за ними – Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX…

На фото: вариатор Jatco jf011e

Путь от первых конструкций, на первый взгляд, не так уж велик… Но на деле в эти годы шла долгая кропотливая работа по улучшению вариатора такой схемы, позволившая сделать его весьма надежным, простым в эксплуатации и ремонте, сохранив при этом относительно недорогую конструкцию.

Вариации на тему

Схема с толкающим ремнем на слабых моторах может применяться и без ГТД, что демонстрируют вполне неплохие конструкции на некоторых китайских машинах. Простого сцепления хватает для обеспечения нужных характеристик, пусть и машины с упрощенными трансмиссиями едут уже не столь хорошо. Зато цена совсем невелика, а конструкция даже проще, чем у иной «механики». Собственно, один из первых удачных вариаторов с толкающих ремнем на Subaru Justy был устроен именно так.

На фото: Subaru Justy

Вариант с цепью

Использовать вместо ремня цепь кажется очень разумной затеей. Благо вариант это проверенный, роликовая цепь давно заменила ременную передачу там, где возможностей ремня уже не хватало, в тех же мотоциклах или промышленных передачах. Вот и в вариаторах цепь пришла на смену ремню, когда показалось, что тянущий ремень уже не справляется.

Разумеется, у вариаторов нет зубцов для зацепления, так что мощная пластинчатая цепь просто зажимается с боков шкивами. Серьезными преимуществами являются меньший возможный радиус закругления и большая прочность на сжатие. Да и растяжение цепи зависит в основном от износа в ее подшипниках, а значит, теоретически есть возможность сделать ее очень ресурсной, ограниченной только по износу контактных площадок.

В результате вариатор с цепью может быть заметно прочнее, меньше боится пиковых нагрузок и позволяет расширить динамический диапазон трансмиссии. Есть и экспериментальные конструкции, где один из шкивов зубчатый, а натяжение обеспечивается дополнительным роликом, но в серийном производстве пока господствует более компактная схема с двумя подвижными шкивами и передачей момента простым фрикционным зацеплением.

Конструкция с тянущей цепью была успешно реализована компанией Volkswagen в сотрудничестве с LuK для машин с продольным расположением двигателя в конце девяностых годов и применяется вплоть до сегодняшнего дня. Речь идет о вариаторах Multitronic – они выдерживают крутящий момент до 310 Нм. Применение цепи позволило заметно поднять передаваемый момент, а все недостатки трансмиссии оказались конструктивными и мало связанными с самой схемой.

Разве что ресурс цепи получился сравнительно невелик, около 100 тысяч километров пробега, но с учетом относительно небольшой ее цены и простоты замены это можно считать вполне успешным результатом. Помощь в разработке цепи и шкивов оказывала компания LuK, она же предложила свои услуги компании Subaru, когда та решила создать свой клиноцепной вариатор Lineatronic.

Результат впечатляет, новая трансмиссия «переваривает» момент двухлитрового турбомотора и при этом умеет быть экономичной и спортивной одновременно. Без ГТД и тут не обошлось. Для Субару это не первый опыт работы с вариаторами, они были одними из пионеров внедрения вариаторов с толкающим ремнем, выпустив в 1984 году свой вариант ECVT для модели Justy, но от дальнейших разработок отказались, хотя первый опыт и был весьма успешным.

Вариации в форме тора

Европейские производители пошли по пути роботизации вальных КПП (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и т.п.), а японские компании, объединив усилия, продолжают работу над вариаторами. Следующим шагом в развитии стал отказ от ремня и цепи при передаче крутящего момента в пользу трения шкивов.

Подобные конструкции применялись и ранее, но фрикционная передача с коническими валами и промежуточным роликом слишком громоздка для применения в автомобиле. Но на помощь пришла схема с тороидальными поверхностями, так называемый «тороидальный вариатор». В этом случае вращение передается с ведущего тороидального конуса на ведомый с помощью промежуточного ролика.

Хитрость конструкции в том, что расстояние между точками на прямой, пересекающей оси вращения промежуточного ролика и тороидальных поверхностей, всегда одинаковое. А значит, не нужна цепь – один ролик вращается, одним краем касаясь малого радиуса конуса, а другой – большого, обеспечивая изменение передаточного отношения. Нет ни цепи, ни ремня, при этом размер точки контакта невелик, но постоянен, контактные поверхности можно изготовить из твердых материалов, а роликов использовать несколько – для увеличения площади контакта.

На практике такую технологию применял только Nissan на своих вариаторах Extroid, ставившихся на ряд мощных моделей вроде не особо распространенных у нас на рынке Cedric и Skyline. На этом пока что все закончилось.

Тороидальные вариаторы выглядят сложнее традиционных – приходится использовать две последовательных передачи для обеспечения нужного динамического диапазона. Проблема в том, что из-за необходимости применять очень дорогой и износостойкий материал для роликов, трансмиссия оказалась дорогой, сопоставимой по цене с традиционными АКПП с «бубликом» и планетарными редукторами.

Впрочем, прогресс не стоит на месте, и очень возможно, что у перспективного Extroid появятся более доступные наследники.

На фото: вариатор Nissan Extroid

Варианты без трения

Сейчас все серийные конструкции вариаторов передают крутящий момент за счет трения в зоне контакта цепи, ремня или роликов, но уже существуют наработки, позволяющие отказаться от передачи трением и воспользоваться возможностями зубчатого зацепления, а значит, повысить КПД и уменьшить износ рабочих элементов конструкции. Причем они есть как для конструкций с цепью, так и для тороидальных вариаторов.

Особый профиль зубьев позволит уменьшить давление в точке зацепления и при этом иметь возможность так же плавно менять передаточное отношение. Вариаторы с цепью и дополнительным натяжным роликом уже сейчас могут обеспечить отсутствие проблем с КПД у передачи в одном из крайних положений валов, но этого недостаточно, чтобы получить преимущество перед более компактными схемами с двумя раздвижными шкивами. До практического применения этой схемы, впрочем, дело пока что не дошло – только до опытных моделей и теоретических изысканий.

В частности, в прошлом году патент на зубчатый вариатор с постоянным зацеплением оформил профессор К.С. Иванов из Казахского института механики и машиностроения. Возможно, именно этот вариант и есть будущее бесступенчатых трансмиссий.

На фото: зубчатый вариатор К.С. Иванова, фото: sovmash.com

Что дальше?

В общем и целом у вариатора есть куда развиваться помимо банального улучшения износостойкости ремня, цепи и конусов у классических конструкций и усовершенствования поверхностей торов и роликов у тороидальных. Теоретически это один из самых перспективных видов трансмиссий для ДВС, и исчезнет он, наверное, вместе с самим ДВС, в результате постепенного отказа от ДВС как основного двигателя и перехода на электрическую тягу.

Читайте также:

что такое, принцип работы, ремонт, отзывы

Для облегчения вождения автомобиля в его конструкции применяется автоматическая трансмиссия. Одним из ее вариантов является вариатор. Он обеспечивает бесступенчатый переход между скоростями.

CVT подходит как для начинающих водителей, так и опытных. Срок службы современных вариаторов достаточно велик, однако важно соблюдать периодичность обслуживания и рекомендации по эксплуатации.

Описание вариатора

Вариатор является бесступенчатой трансмиссией с внешним управлением от электронного модуля. Он позволяет автоматически плавно изменять передаточное число. Узел оптимально подбирает передачу, исходя из внешней нагрузки и оборотов с которыми работает двигатель. Благодаря этому удается максимально эффективно использовать мощность силовой установки.

На автомобилях применяются два основных вида бесступенчатой трансмиссии: клиноременная и тороидальная. Первая получила большее распространение и ее часто комплектуются как легковые автомобили, так и кроссоверы.

Клиноременной вариатор был изобретен задолго до начала его использования на автомобилях. Автором первой бесступенчатой трансмиссии является Леонардо да Винчи. Он сконструировал вариатор в 1490 году.

Оценить преимущества использования бесступенчатой трансмиссии на автомобиле водители смогли лишь в 1950-х годах. Однако CVT таких транспортных средств не были надежными и долговечными. Недостатки вариаторов тех лет заставили автомобильные компании отложить выпуск машин с CVT на полстолетия.

Тороидальный тип вариатора редко встречается на автомобилях. Он также бесступенчато меняет передаточное число. Тороидальный вариатор имеет более сложное строение. Его настройка и точность изготовления требуют больших временных затрат. Именно по этим причинам клиноременные бесступенчатые трансмиссии смогли занять 95-97% машин с CVT.

Принцип работы вариатора

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Когда автомобиль трогается с места необходимо максимальное усилие. Для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель, конусы ведущего вала разводятся и в точке соприкосновения с ремнем шкив имеет самый малый диаметр. При этом на ведомой оси конусы сводятся. Это позволяет получить максимальный диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем. При таком состоянии вариатора ведущий вал должен сделать несколько оборотов, чтобы ведомый сделал один круг.

По мере того как происходит разгон, передаточное число изменяется. Конусы ведущего шкива начинают сходиться, увеличивая его диаметр. На ведомом валу происходит обратное действие. Конусы расходятся, а диаметр убавляется.

При достижении автомобилем высокой скорости шкив ведущего вала имеет максимальный диаметр. При этом на ведомом валу конусы полностью разведены, что обеспечивает минимальный размер шкива в точки соприкосновения с ремнем. При этом один оборот ведущего вала соответствует нескольким вращениям ведомого. На изображении ниже показаны принцип действия вариатора, схема расположения конусов и как работает бесступенчатая трансмиссия.

Тороидальный вариатор имеет схожий принцип действия, но устроен совершенно по другому. В нем усилие передается не с помощью ремня, а специальными роликами. Они зажаты между валами и расположены на одной оси. Ролики имеют тороидальную форму, откуда и происходит название вариатора.

Для смены передаточного числа в тороидальном вариаторе требуется изменить положение роликов. Для максимальной тяги они должны быть повернуты в сторону ведомого диска. При высоких оборотах ролики направлены к ведущему диску. Устройство и принцип работы тороидальной бесступенчатой трансмиссии показаны на изображении ниже.

То как именно вариатор меняет передаточное число во время разгона зависит от программы управления. Для максимальной динамики двигатель выводится на обороты, соответствующие наибольшему крутящему моменту. При этом плавно меняется передаточное отношение. Темп разгона высокий, так как не тратится время на переключение между ступенями.

Ездить в вышеописанном режиме не очень удобно. Постоянные высокие обороты мотора приводят к большому расходу топлива и снижают ресурс силовой установки. При этом водитель, привыкший эксплуатировать транспортное средство с обычной коробкой передач, испытывает странные ощущения от монотонной работы мотора. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон полностью напоминал увеличение скорости с обычной АКПП.

Большинство бесступенчатых трансмиссий способны имитировать работу механической или роботизированной коробки передач. При этом все передаточные числа задаются программно. Вариатор просто переключается между установленными положениями.

Правила езды на автомобиле, на котором установлен вариатор

Для длительной и безотказной службы бесступенчатой трансмиссии важно правильно эксплуатировать и обслуживать автомобиль, на котором установлен вариатор. CVT вносит ряд ограничений и особенностей, придерживаясь которых автовладелец максимально отсрочит дорогостоящий ремонт узла.

Для большинства вариаторов вредно буксовать. В таком случае возникает перегрузка, вызывающая повышение температуры шкивов и ремня, а перегрев плох для масла и электроники. Если же во время буксования произойдет внезапный зацеп, то из-за резкого рывка ремень может проскользить по шкивам. В таком случае на конусах образуются задиры. В последующем ремень и шкивы при разгоне будут интенсивно изнашиваться и дорогостоящий ремонт не заставит себя долго ждать.

Езда по бездорожью также противопоказана большинству вариаторов. Все же существуют виды CVT, которые устанавливаются на кроссоверы. Съезд с дороги для таких машин допустим, но без критических нагрузок.

Рекомендуется отказаться от резких стартов. Вжимание педали газа в пол может вызвать пробуксовку ремня. В таком случае на шкивах появляются борозды, существенно влияющие на ресурс узла.

Буксировка также нежелательна для автомобилей с вариатором. Она вызывает перегруз и перегрев узла. В некоторых случаях возможно растяжение ремня или появление борозд на конусах. Особое внимание следует уделить работе трансмиссии в холодное время. При морозах масло начинает густеть. Поэтому важно прогревать вариатор зимой до начала поездки. Нормальная работа бесступенчатой трансмиссии возможно только когда смазка находится в пределах допустимой температуры.

На автомобиле с вариатором не стоит перевозить тяжелые грузы. В таком случае возможны негативные последствия такие же, к которым приводит буксировка.

Для нормальной работы вариатора необходимо своевременно обновлять прошивку. В противном случае из-за «детских болезней» программного обеспечения CVT может работать неоптимально и даже переходить в аварийный режим.

Плюсы и минусы бесступенчатой трансмиссии

В процессе эксплуатации автомобиля с вариатором водитель может обнаружить нижепредставленные плюсы:

отсутствие рывков при разгоне, которые присутствуют в работе АКПП;
не требуется выжимать сцепление, что является обязательным при вождении авто с механикой;
низкий риск пробуксовки;
высокая экономия топлива;
более высокий КПД на фоне АКПП;
низкий вес по сравнению с автоматом;
увеличение ресурса силового агрегата;
высокий комфорт движения;
низкий уровень шума.

Несмотря на все преимущества бесступенчатая трансмиссия имеет нижепредставленные минусы:

ремень относительно быстро изнашивается, а его замена имеет высокую стоимость;
сильная чувствительность к перегрузкам;
низкий срок службы, если нарушен интервал замены смазки;
сложный и дорогостоящий ремонт, из-за чего мастера на автосервисах часто предлагают установку контрактного или нового вариатора, цена которого доходит до 30-40% стоимости машины;
диагностика часто требует разборки узла, что обходится дорого;
отзывы автовладельцев говорят о том, что вождение машины с вариатором скучное и занудное из-за монотонного гула мотора;
все типы бесступенчатой трансмиссии неспособны справиться с большим крутящим моментом, поэтому они не встречаются на спортивных и по настоящему вседорожных автомобилях;
отсутствие специалистов, для которых не проблема диагностика, регулировка и ремонт вариатора;
если бесступенчатая трансмиссия продолжительно ходит без замены фильтров, то ее ресурс критически уменьшается.

Признаки неисправности вариатора

Выход из строя бесступенчатой трансмиссии не проходит бесследно. Ниже представлены основные признаки неисправности вариатора, указывающие на необходимость диагностики узла.

автомобиль не едет вперед и назад, но двигатель работает;
слабая динамика при выжатой педали газа и хорошем дорожном покрытии;
сильный толчок при переводе селектора;
прерывистое движение;
вариатор не реагирует на ручное управление;
машина движется, когда селектор находится в положении нейтрали;
гул и прочие посторонние звуки со стороны бесступенчатой трансмиссии;
вариатор не реагирует на селектор.

Требуемые инструменты для замены масла

Для того, чтобы замена масла в вариаторе прошла успешно, требуются инструменты из таблицы ниже.

Таблица — Инструменты и материалы необходимые для замены масла

Инструменты и материалы	Примечание
Очиститель	Поддон и магниты следует очистить от старой жижи и мелких металлических частиц
Головка	Размер зависит от конкретного автомобиля. Обычно требуются головки «на 10», «на 13», «на 14», «на 15», «на 16», «на 17»
Вороток	Часто доступ к некоторым креплениям затруднителен. Поэтому желательно иметь удлинитель и трещотку.
Лейка	На некоторых автомобилях для удобства заливки свежей смазки потребуется удлинить лейку маслостойким шлангом
Тара	Емкость зависит от объема сливаемого масла. Обычно достаточно тары на 4-6 литра.
Ветошь	Не оставляющая ворсинок

Замена масла в бесступенчатой трансмиссии

Замена масла крайне важна для нормальной службы бесступенчатой трансмиссии. Нарушение сроков технического обслуживания это самая частая причина преждевременных поломок вариатора. Посмотреть на сравнение старой и свежей смазки можно на фото ниже.

При замене смазки важно не только соблюдать интервалы технического обслуживания, но и приобретать только качественное масло. У большинства производителей имеются рекомендации на покупку исключительно фирменной трансмиссионной жидкости.

Инструкция по замене масла в вариаторе представлена ниже.

Проехать 10-15 км перед сливом масла. Это позволит прогреть вариатор.
Установить транспортное средство на подъемник, эстакаду, смотровую яму.

Снять защиту картера, если таковая имеется.
Подставить емкость под слив.
Выкрутить сливную пробку.

Для предотвращения пролива масла на землю следует направить его с помощью обрезанной бутылки.

Часть масла невозможно таким способом слить с узла. Поэтому необходимо вкрутить пробку и залить свежую смазку. Далее следует завести мотор. Двигателю требуется дать поработать 5-10 минут. В это время следует переводить поочередно селектор во все положения. По истечении времени необходимо повторно слить смесь старого и нового масла. При финансовой возможности данную процедуру можно повторить несколько раз.
Слив смазки обычно продолжается 25-40 минут. Чтобы не терять время, рекомендуется произвести замену фильтра тонкой очистки. Для начала требуется получить доступ к подкапотному пространству, открыв капот.
Подцепить клипсы, которые удерживают воздуховод.

Вынуть клипсу.

Снять воздуховод.

Отсоединить поочередно минусовую и плюсовую клеммы АКБ. Снять батарею.

Под АКБ находится площадка. Ее требуется демонтировать.

У каждого автомобиля доступ к фильтру тонкой очистки часто перекрыт различными преградами. Их требуется снять.

Убрать все загрязнения вокруг фильтра.

Открутить корпус фильтра.

Вынуть фильтр тонкой очистки из его корпуса.

Вставить новый фильтрующий элемент в его посадочное место.
Прикрутить корпус с фильтром.
Дождаться, когда смазка перестанет вытекать.

Выкрутить крепления поддона бесступенчатой трансмиссии.

На поддоне находятся магниты. Их требуется снять.

Убрать всю металлическую стружку с магнитов.

С помощью очистителя отмыть поддон вариатора от старой смазки.

Прикрепить магниты на поддон.

Выкрутить крепления фильтра грубой очистки. На некоторых автомобилях болты имеют разную длину. В таком случае следует запомнить их расположение.

Снять фильтр грубой очистки.

Желательно устанавливать новый фильтр грубой очистки, но он имеет высокую стоимость. Поэтому автовладельцы оценивают степень его загрязнения и по результатам проверки определяют дальнейшие действия.

При несильном загрязнении фильтра его рекомендуется просто отмыть.

Смонтировать фильтр грубой очистки.
Установить поддон, равномерно затянув болты его крепления.
Поставить сливную пробку на место.
Залить свежую смазку.

Проверить уровень масла и при необходимости откорректировать его.

Запустить силовую установку и прогреть трансмиссию, переводя селектор поочередно во все положения.
Повторно проконтролировать уровень масла в узле.

При возникновении проблем с заменой масла рекомендуется посмотреть соответствующее видео.

Ремонт бесступенчатой трансмиссии своими руками

Для проведения ремонта и устранения большинства неисправностей вариатора требуется его демонтаж с автомобиля. Без снятия решаются преимущественно только программные неполадки.

Начинать ремонт рекомендуется с очистки магнитов. По их состоянию можно косвенно определить износ металлических контактирующих поверхностей узла.

Большинство проблем связанных с вариатором возникают из-за его перегрева. Поэтому важно проверить радиатор и очистить его. При значительных дефектах радиатора может потребоваться его замена на новый.

Износ и растяжения ремня устраняются его заменой. Затягивать с установкой нового изделия не рекомендуется. Связано это с тем, что отслуживший свое ремень вызывает повреждения дорогостоящих конусов.

На некоторых автомобилях для вариатора подходит несколько ремней. При интенсивном использовании машины желательно приобретать усиленное изделие.

Повреждение конусов устраняется их заменой. При этом важно оценить общее состояние трансмиссии. В некоторых случаях более выгодно купить новый или контрактный вариатор.

При гуле, доносящемся с узла требуется менять подшипники.

Вышедший из строя степ-мотор всегда меняется на новый.

Датчик имеет низкую стоимость и при поломке подлежит замене.

Соленоиды, насос, редукционный клапан и прочие элементы контактирующие с маслом при выходе из строя не всегда подлежат замене. В некоторых случаях их достаточно очистить от загрязнений.

Рейтинг вариаторов по надежности

Определить самый надежный вариатор поможет рейтинг пяти лучших бесступенчатых трансмиссий. Его формируют CVT трех компаний: Jatco, Aisin и Subaru.

Открывает пятое место рейтинга по надежности вариатор Jatco JF015E, который встречается на Renault Kaptur. Четвертым идет Jatco JF016E, устанавливаемый на последние модели Mitsubishi Outlander. Третье место занимает Aisin K111, которым часто комплектуется Toyota RAV4. второе место у Subaru TR580, применяемого на Forester. Лидером по надежности является Jatco JF011E. Его можно обнаружить на Mitsubishi Outlander, Nissan Qashqai и X-Trail.

Отзывы

Игорь Степашкин
Авто с вариатором очень комфортно водить в городских условиях.

Дмитрий Назаров
Машина с бесступенчатой трансмиссией разочаровала. Расход оказался огромным, следующую точно буду брать на роботе или механике.

Анатолий Жуков
Долго привыкал к необычной работе двигателя и отсутствию толчков при разгоне. Вариатор считаю лучшей автоматической трансмиссией

Вариатор: плюсы и минусы

Вариатор при первом впечатлении с лёгкостью и не кривя душой можно назвать идеальной коробкой переключения передач. Водители автомобилей на вариаторе могут даже кичиться тем, что в их автомобилях стоит бесступенчатая коробка. Сколько-сколько Вы говорите в Вашем автомобиле передач? Шесть? Восемь? А у меня – бесконечность, ведь вариатор не имеет ступеней.

Что ещё, казалось бы так, нужно обычному автомобилисту? Вариатор держит мотор в тонусе всегда, когда это необходимо, благодаря поддержанию оптимальных передаточных чисел, что обеспечивает хорошую динамику и превосходную экономичность топлива.

Принцип работы

В зависимости от конструктивных различий и устройства вариаторные коробки передач можно разделит на несколько типов: тороидальные, клиноременные, цепные и другие приводы. Наиболее распространённым типом вариаторной коробки передач является клиноременной на основе шкивов с переменным диаметром. О таком вариаторе и пойдёт далее речь.

Для того, чтобы понять устройство вариатора, представим две идентичные трубки, которые находятся на небольшом расстоянии параллельно друг напротив друга. Когда их стянем резинкой и начнём крутить какую-либо из них, то вращение придастся и второй, причём с той же скоростью, что и первой. Но если одну трубку заменить на другую большего диаметра, то скорость их вращения относительно друг друга будет другой: скорость вращения большей трубки будет существенно ниже чем у параллельной меньшего диаметра.

Принцип работы вариаторной коробки идентичен, только цилиндры имеют постоянно изменяющийся диаметр. В состав вариатора входит шкивы конусовидной формы, которые направлены друг к другу вершинами, а между ними зажат ремень специальной клиновидной формы. Конусы, попарно двигаясь друг к другу и обратно, изменяют диаметр рабочей поверхности шкивов. При раздвижении конусов, ремень, что обращён рёбрами к ним, провалится в середину шкива и будет огибать его по радиусу меньшего размера. В случае движения конусов навстречу друг другу, огибание шкива ремнём будет происходить наоборот по большему радиусу.

Управление шкивами происходит под строгим контролем гидравлической системы, которая следит за синхронным сближением конусов одного шкива и расхождением в другом. Один шкив располагается на ведущем валу, который идёт от двигателя, а второй прикреплён к ведомому, который идёт уже к колёсам. Благодаря такому расположению шкивов, передаточное отношение налаживается в широчайшем диапазоне.

Что бы осуществить движение назад в автомобиле с вариатором, в нём находится специальный узел, меняющий направление вращения выходного вала. Таким узлом может служить планетарная передача.

Основные преимущества и недостатки

Вариатор обладает существенными преимуществами, что продвинуло эту бесступенчатую трансмиссию на уровень оснащения автомобилей на ровне с автоматом. Рассмотрим их:

— автомобиль на вариаторе разгоняется очень плавно, ибо эта коробка передач лишена каких-либо скачков и рывков в илу своей конструкции;

— разгон на вариаторе происходит быстрее, так как на переключение скоростей абсолютно не затрачивается время.

— автомобили с вариатором, в отличие от автомобилей с механической коробкой передач, плавно трогаются с места и не глохнут на светофорах или подъёмах;

— наличие всего двух педалей и лёгкость управления;

— даже разгоняясь, вариатор не производит много шума;

— вариатор более экономичен по расходу топлива нежели другие коробки передач. Это обусловлено его возможностью динамического разгона и плавного хода;

— вариатор – самая экологичная трансмиссия, так как не задымляет настолько сильно атмосферу, как его оппоненты МКПП и АКПП.

Но не всё так сладко, как может показаться. И вариатор может предоставить хлопоты водителям:

— машина на бесступенчатой трансмиссии не способна долгое время передвигаться на высоких оборотах;

— вариатор очень требователен к замене масла, поэтому за этим следует тщательно приглядывать и менять его каждые 20-30 тысяч километров, как минимум;

— вариатор также требует заливать в него определённую жидкость для корректной работы ремня коробки. А найти её достаточно непросто и стоит она недёшево;

— грубая и небрежная эксплуатация вариатора ведёт к его быстрой поломке. Нельзя его насиловать так, как, допустим, механическую коробку передач;

— ремонт вариатора достаточно дорогостоящий и сложный;

— выход из строя хотя-бы одного малейшего датчика может пагубно отразиться на работе всего вариатора.

Основные неисправности

Вариатор подвержен поломкам, в большей или меньшей степени как и другие типы трансмиссий. Причин для появления их может быть множество: это и халатность по отношению к своей машине во время движения, и просрочке замены масла, и несвоевременное проведение технического обслуживания. Так как вариатор нынче, хоть и уже достаточно встречающееся явление, но это новинка автомобильного мира и это касается также и Украины. Поэтому продиагностировать и устранить неисправность способны далеко не все автосервисы. Наилучшим вариантом будет определение признаков неисправностей на максимально ранних стадиях, ибо в противном случае дорогостоящего ремонта коробки Вам не избежать.

Возглавляющей в списке неисправностей бесступенчатой коробки передач является поломка связанная с повреждением ремня вариатора. Первопричиной для этого может служить экстренное торможение на большой скорости. В таком случае ремень переходит в аварийное положение, в следствии чего появляется на нём множество зазубрин. Систематическое повторение подобных или иных «стрессовых ситуаций» может в конце концов привести к разрыву ремня.

Сбои работы узловой электроники так же влекут за собой всякого рода проблемы с вариатором. Неполадки электроники возникают в следствии нарушения контактов в клеммах. Также к этому пункту можно отнести и повреждение жгута электропроводки. Если Вы заметили в положении нейтрали своеобразные раскачивания, то не затягивайте с этим. Ведь это может служить причиной возникновения проблем с электроникой вариатора.

Причиной неисправностей в работе ЭБУ вариатора, муфты переднего хода или гидротрансформатора могут являться проблемы при трогании машины с места или возникшие сложности при переключении передач до самого конца. Если при переключении селектора прослушиваются удары, то это свидетельствует о перебоях с давлением в вариаторной магистрали.

Также о неисправности работы вариатора свидетельствует и появление в салоне автомобиля запаха горелого масла. Если Вы ощутили этот запах, то проверьте уровень масла и его состояние. Если же кроме этого присутствует и появление дыма, а масло стало более тёмным, то это свидетельствует об определённых проблемах с вариатором.

История появления и внедрения в автомобили

Первейшим серийным автомобилем, оборудованным вариатором, можно считать по праву DAF 600. Автомобиль, который сошёл в первый раз с конвейера ещё в далёком 1958 году. Эта машина была достаточно не плохим вариантом для передвижения, но завоевать сердца автолюбителей так и не смогла и была снята с производства.

Далее целых 13 лет не выпускались автомобили с вариаторной коробкой передач. И о чудо! В 1972 году свет Volvo 343! Достойный автомобиль и очень прекрасный для своего времени с богатейшим оснащением.

Но главным его недостатком оказался именно вариатор. Вся проблема заключалась в бракованных клиновидных ремнях коробки с ограниченным ресурсом. Но выпуск модели компания сворачивать не собиралась и поэтому на конструкторов была возложена задача поиска альтернативы клиновидному ремню.

И в Volvo решение всё же было найдено братьями Ван Дорн. Они предложили идею использования ремня, состоящего из наборных пластин, которые бы толкали муфту вместо того, чтобы крутить её. Подобного решения не поддержала компания Audi. Её инженеры предложили попросту заменить ремень на цепь. Эти наработки были использованы уже в автомобиле AUDI A6.

А теперь хотим предложить Вам краткую хронологию инновационного развития вариатора: 1490 год – гений эпохи возрождения Леонардо да Винчи опубликовал свои наработки бесступенчатой трансмиссии. Конечно в то время автомобилей не было и в помине, но всё же.

1886 год – подача первого патента на тороидальную CVT.

1935 год — Dodge патентует тороидальный вариатор в США.

1939 год – свет увидела коробка автомат, в основе которой лежит планетарная система передач.

1958 год — Daf выпускает первый серийный автомобиль, оснащённый вариаторной коробкой передач.

1972 год — Volvo 343 достаточно удачное серийное производство автомобилей с вариатором.

1989 год — Subaru Justy GL – первое полноценное производство автомобилей на вариаторе в Америке.

2002 – дебют Saturn на коробке вариатор.

2002 – Ваз 2112 оснастили вариатором на замену механике.

2014 – рынок автомобилей на CVT приближается в количественном соотношении к автомобилям на автомате.

Отличия от других видов трансмиссий

Механическая коробка

Начнём с самой популярной трансмиссии, то есть механической. Возраст этого ветерана насчитывает уже более века. Но за этот период она изменялась множество раз, дойдя до сегодняшнего времени в лучшем её проявлении.

Коробка вместе с двигателем расположены под капотом автомобиля, а между ними находится узел сцепления. При выжимании водителем педали сцепления, происходит механическое разъединение двигателя и коробки передач, в этот момент и выбирается необходимая для включения передача. Рекомендовано производить «разъединение» МКПП и мотора также во время торможения и при парковании.

Расположение двигателя в автомобилях с задним приводом – продольное. МКПП в таком случае состоит из трёх валов: ведущего, промежуточного и ведомого. Автомобили с передним приводом оснащаются поперечным расположением двигателя, а коробка в свою очередь имеет только два вала: входящий и выходящий. Это и приводит к различной работе трансмиссии, но это не влияет на функции, они остаются неизменными.

Коробка автомат

Переключение передач в классическом автомате контролируется гидроблоком, которым в современных автомобилях управляет электроника. Поэтому при помощи АКПП можно использовать различные режимы езды: экономичный, обычный и спортивный. В более «навороченных» автоматических коробках бывает ещё полно всевозможных режимов, которые так и остаются не познанными автомобилистами

Классические автоматы отличаются хорошей надёжностью настолько, что выдерживают пробег в 400 тысяч километров без особых вмешательств в конструкцию коробки. Главное аккуратно эксплуатировать коробку и не «жечь» её на резких стартах со светофоров, а также вовремя заливать в агрегат качественное масло.

Многие современные АКПП позволяют переключать передачи в ручном режиме.

Роботизированная коробка передач («робот»)

Коробка «робот» — это механическая коробка, в которой передачи переключаются электроникой. Как и в случае с автоматом, в автомобиле с роботом присутствуют две педали, но присутствует сцепление, но в отличии от АКПП, гидротрансформатора здесь нет.

Робот характерен наличием существенных толчков при переключениях передач, особенно на малых скоростях, в отличие от АКПП и тем более вариатора, который плавнее чем все остальные коробки.

Достаточно недавно в продажу стали поступать автомобили, оснащённые роботизированной коробкой с двумя сцеплениями. Одно из сцеплений отвечает за переключение чётных передач, второе – нечётных. В данном случае передачи переключаются за доли секунды, что разительно отличает эту коробку от обычного робота, в котором задержки могут достигать и трёх секунд. Данный тип трансмиссии впитал в себя экономичность и динамичность работы механики и удобство автомата.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Что такое вариатор (CVT)? — Автоделкино

Вариатор — один из типов бесступенчатой трансмиссии Continuously Variable Transmission, CVT). Он является альтернативой автоматической коробке передач. У вариатора есть свои плюсы и минусы по сравнению с АКПП и все больше автомобилей в России появляется с трансмиссией, которая использует этот вариант передачи крутящего момента. Он заслужил как похвалу так и нарекание владельцев автомобилей.

Несмотря на то, что технология передачи крутящего момента, на которой основана работа вариатора, была изобретена еще в Средние века, автомобили, оснащенные этим устройством пока не захватили большого рынка. Система остается еще достаточно новой и ни один из ведущих автопроизводителей не смог пока завоевать симпатии покупателей с помощью модели, использующей использование этого устройства в сердце трансмиссии.

Эта статья призвана объяснить, почему несмотря на ряд очевидных достоинств, система не получила широкого распространения, ответить на некоторые из вопросов, связанных с особенностями работы вариатора в обычном автомобиле, плюсами и минусами его использования по сравнению с планетарными АКПП или МКПП. Что же это за вопросы?

В чем состоит отличие вариатора от обычной планетарной коробки передач?
Из чего состоит вариатор, каков принцип его работы?
Каковы недостатки вариатора в сравнении с традиционными “автоматами”?
В чем особенности управления автомобилем с вариатором, каковы впечатления от вождения такого автомобиля?
Какие модели автомобилей уже поставляются с CVT?
Где еще кроме автомобилей может быть использован принцип бесступенчатой передачи крутящего момента?

В чем же заключаются различия бесступенчатой трансмиссии и традиционной планетарной коробки передач?

История автомобильного вариатора:

1490 — Леонардо да Винчи опубликовал эскизы устройства, предназначенного для бесступенчатой передачи крутящего момента
кон. XIX — нач. XX века — вариаторы начинают активно применяться в приводах промышленного оборудования, швейных машинах, велосипедах.
1958 — автомобилестроительная компания Daf (Нидерланды) выпускает модель микролитражки 600, оснащенной вариатором. В 70х годах Daf становится частью концерна Volvo, инженеры которого смогли немного усовершенствовать это устройство. Благодаря их наработкам запас прочности вариаторов достиг 30 тыс. км. Этого оказалось мало, проект развивать дальше не стали.
конец 90х — Subaru выпускает модель автомобиля Kei cars, которая была оснащена вариатором с гидравлическим управлением и стальной цепью.
конец 2000х — первая массовая модель Honda — кроссовер HR-V (1999 г). Через несколько лет вслед за Хондой подтягиваются и другие производители — Nissan, Audi
2005-2014 — ряд иномарок снабжаются вариаторами

Как работает АКПП?

Для начала давайте разберемся с принципом работы автоматической коробки передач.

Работа такой трансмиссии состоит в изменении соотношения передач между двигателем и колесами в автоматическом режиме. Без КПП автомобили бы имели только одну передачу, скорость зависела бы только от оборотов двигателя.

Представьте себе автомобиль только с первой передачей. Такая машина здорово взбирается на крутую горку и хорошо стартует с места. Вот только скорость будет ограничена — быстрее никак.

Автомобиль только с третьей передачей будет ездить со скоростью около сотни километров час по дороге, но стартовать с места или подняться круто в гору для него может оказаться проблемой.

Трансмиссия использует ряд передач — от низкой к высокой, чтобы эффективно использовать крутящий момент двигателя автомобиля. Если водитель сам переключает передачи, то коробка передач называется механической. Если участия водителя не требуется — то коробка передач называется автоматической.

В традиционной АКПП для изменения соотношения крутящего момента используется система шестерней разного размера и типа. Блокируя вращение отдельных элементов системы можно добиваться различного соотношения крутящих моментов вала двигателя и оси колеса. Благодаря этому можно получать от 4 до 8 передач переднего хода и одну передачу заднего. При переходе от одной передачи к другой, водитель может почувствовать рывки, особенно при быстром ускорении.

Как работает вариатор?

В отличие от описанной выше схемы с шестернями, вариатор не имеет какого-то фиксированного количества передач. Эта технология относится к бесступенчатым трансмиссиям(CVT), и наряду с другими видами таких трансмиссий производит плавное, бесступенчатое изменение соотношения крутящих моментов. Распространен тип вариатора, работающий на системе шкивов, позволяющих плавно изменять радиус кривизны передаточного ремня, накинутого на шкив. Тем самым мы добиваемся плавного изменения передаточного числа (см. картинку ниже).

В основе работы лежит принцип рычагов. Два вала — ведущий и ведомый расположены рядом и направленны в противоположные стороны (параллельно друг другу). На концах валов находятся конусы, которые сужаются в противоположных направлениях. Если перекинуть через конусы ремень или цепь и сделать так, чтобы можно было перемещать валы вдоль их оси друг относительно друга так, чтобы ремень оставался все время на одном уровне, то мы получим простейший вариатор.

Как это работает? Так как наконечники конусообразные, то при смещении валов, передаточный ремень смещается вдоль оси конуса и радиус его изгиба становится больше или меньше. Если, например, радиус изгиба ремня, перекинутого через шкив ведомого вала уменьшать, а ведущего — увеличить, то меньшему количестве оборотов ведущего будет соответствовать большее количество оборотов ведомого в единицу времени. Если число оборотов ведущего не менялось, то автомобиль ускоряется. Это позволит нам разгонятся на дороге.

Наоборот, если сместить валы так, чтобы, увеличить радиус закругления ведомого вала и уменьшить радиус закругления ведущего, то большему количеству оборотов ведущего вала будет соответствовать меньшее количество оборотов ведомого вала. Так мы сможем тронуться с места или заехать круто в гору.

В реальных машинах каждый из валов имеет по два конусообразных шкива. Вершины конусов обращены друг к другу. Между шкивами закреплен также конусообразный в сечении ремень.

На картинке видно, как меняется зазор между шкивами и радиус изгиба ремня. За счет этого изменения радиуса меняется и передаточное число между двигателем и колесами машины.

В традиционных АКПП планетарного типа очень много элементов — шестерни различных типов, муфты, тормоза, масляные каналы, “водило”. По сравнению с ними, вариаторы имеет очень простое устройство. Большинство современных вариаторов содержат три основных элемента:

мощная цепь или сверхпрочный резиновый ремень
два конусообразных шкива на ведшем валу
два конусообразных шкива на ведомом валу

Да, конечно, ничего не заработает без системы датчиков и системы управляющих устройств. Главным из устройств управления является бортовой компьютер, который определяет оптимальное положение шкивов, опираясь на данные о скорости и нагрузке автомобиля.

Каждый шкив представляет собой два 20-градусных конуса, которые обращены друг к другу. Ремень входит паз, образованный боковыми поверхностями конусов. Ремень в поперечном разрезе клиновидный. Это позволяет увеличить площадь соприкосновения с поверхностью шкивов и, следовательно, трение.

Когда расстояние между конусами шкива большое — ремень входит глубоко в паз и радиус его петли мал. Если сблизить конусы, то ширина и глубина паза, образованного их сторонами уменьшаются, и ремень поднимается. Радиус изгиба ремня при этом становится больше. Чтобы управлять расстоянием между конусами, в разных моделях вариаторов используются различные технологии — давление гидравлики, пружины, центробежная сила.

Ведущий шкив, соединенный с валом двигателя называют “входным” (кинетическая энергия двигателя “входит” в него.

Расстояние от ремня до центра шкивов, где проходит этот ремень, называется радиус основного тона. Когда шкивы расходятся, радиус основного тона уменьшается. Когда шкивы сближаются, радиус основного тона увеличивается.

Бортовой компьютер с помощью специального механизма управляет отношением радиусов основного тона на ведущем и ведомо шкивах. Он сдвигает валы таким образом, чтобы ремень все время оставался натянутым. Когда один шкив увеличивает радиус основного тона, то второй уменьшает и ремень не провисает. Сдвиг происходит синхронно. Так как шкивы меняют свои радиусы друг относительно дуга плавно, то мы получаем бесконечное число передаточных чисел (в определенном рабочем диапазоне, разумеется). Этот рабочий диапазон определяется соотношением максимального и минимального радиусов шкивов.

Если радиус основного тона мал у ведущего шкива и большой у ведомого, то скорость вращения ведомого шкива уменьшается. Получается, что на несколько оборотов ведущего вала приходится один оборот ведомого — автомобиль стартует или поднимается в гору на низкой передаче. Если, наоборот, мал радиус основного тона у ведомого шкива, ау ведущего — большой, то одному обороту ведущего вала соответствуют несколько оборотов ведомого и автомобиль едет с большой скоростью на высокой передаче.

Как устроен передаточный ремень?

Долгое время, основным сдерживающим фактором для повсеместного распространения вариаторов в автомобилях был низкий запас прочности передаточного ремня. Первые серийные модели с вариатором были микролитражками не случайно — на небольших машинах стоят менее мощные двигатели, ремень испытывает меньшие нагрузки. Но, даже после ряда усовершенствований запас прочности ремня вариатора оставался на уровне 30 тыс. км, после чего его необходимо было менять. Для сравнения, ресурс АКПП планетарного типа может достигать сотен тысяч км.

Как же сейчас удается создавать передаточные ремни достаточно прочные для того, чтобы автомобиль, оснащённый вариатором мог конкурировать на рынке с автомобилями, использующими традиционные АКПП.

Во-первых, инженерам пришлось избавиться от резины. Материал этот все же недостаточно прочен, нужна сталь. Чтобы добиться гибкости, сравнимой с резиной, ремень приходится делать сборным. Он состоит из тонких стальных полос (обычно от 9 до 15), скрепленных множеством металлических пластин (см. изображения ниже).

Изготовленные таким способом клиновидные ремни имеют ряд преимуществ перед резиновыми — они не растягиваются и не скользят и намного тише, чем резиновые.

Кроме этого, металлические ремни имеют очень высокую прочность на разрыв, что позволяет устанавливать вариаторы совместно с двигателями, имеющими очень высокий крутящий момент (например, на внедорожниках).

Как работает тороидальный вариатор?

На первый взгляд тороидальный вариатор имеет мало общего с описанной выше схемой — нет ременной передачи и подвижных шкивов, валы не двигаются друг относительно друга…

Но на самом деле основные части те же самые. Инженеры смогли избавиться в конструкции от некоторых деталей, но принцип действия и результат не изменился.

Ведущий диск подключается к двигателю
Ведомый диск соединяется с приводным валом
Ролики, расположенные между дисками передают движение с ведущего диска на ведомый, изменяя передаточное число.

Ролики имеют две степени свободы. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и могут наклоняться при этом вверх-вниз в вертикальной плоскости. Это позволяет им касаться дисков в различных областях.

Принцип работы тороидального вариатора.

Достоинства и недостатки использования вариатора:

Вариаторы набирают популярность у производителей. Они имеют ряд преимуществ перед традиционными КПП — плавное изменение скорости, лучшая реакция на изменяющиеся условия движения и т.д. Более подробный список приведен в таблице ниже.

Но, если бы вариатор не имел и недостатков, то уже давно бы вытеснил традиционные планетарные АКПП. Почему же этого до сих пор не произошло?

Ремень вариатора достаточно быстро изнашивается и требует регулярного обслуживания. Общий срок службы вариаторов невысок.
Ремень вариатора из-за своей конструкции не очень хорошо подходит для больших нагрузок. Эта особенность выходит на первый план, если речь идет об автомобилях, предназначенных для пересеченной местности
Некоторые дилеры отказываются ремонтировать вариатор в случае поломки, предпочитая заменять весь модуль целиком. А это может оказаться недешево — до 40% стоимости автомобиля.
Для переключения передачи требуется некоторое время (1-2 сек.), что для некоторых водителей непривычно и некомфортно
Для КПП такого типа нужно специальное масло (они должно одновременно и обеспечивать сцепление ремня с поверхностью шкивов, и защищать трущиеся детали от износа). Если масла станет мало или оно окажется не предназначенным для вариатора, то он быстро сломается.
Корректная работа вариатора сильно зависит от работы большого количества электронных приборов — показаний датчиков и работы бортового компьютера, управляющего трансмиссией. выход из строя одного из них способен вызвать сбой работы вариатора.

Производители в курсе болевых точек вариаторов и непрерывно работают над его усовершенствованием. Процент отказов современных вариаторов не выше, чем у классических АКПП. Большинство технических проблем, серьезно ограничивающих его распространение сняты вот уже как 4-5 лет. Но остались психологические. Первые “пробы пера”, когда производители только выходили на рынок с массовыми моделями, оснащенными CVT ударили по имиджу вариаторов. У многих водителей есть предубеждение, что вариатор — это ненадежно, хотя это и не так. У него есть своя специфика в работе и при эксплуатации автомобиля, оснащенного вариатором, нужно эту специфику учитывать.

На спортивных имиджевых моделях добавляется еще один забавный фактор. Бесшумность работы играет с вариатором злую шутку — клиенты, которые ждут рева мощного движка своей спортивной машины… не слышат на большинстве режимов этого рева. Производители с помощью различных ухищрений вынуждены эмулировать такой шум двигателя, в частности передавать через акустическую систему в салон.

NSK разрабатывает высокоэффективный модуль тороидального вариатора для переднеприводных автомобилей | Новости | Компания

Токио, Япония, 28 ноября 2011 г. — Компания NSK Ltd. (NSK; штаб-квартира: Токио, Япония; президент и генеральный директор: Норио Оцука) объявила о разработке первого в мире тороидального вариатора ^{* 1} ^{* 2} для использования. в переднеприводных автомобилях. По экономии топлива новый продукт превосходит как многоступенчатую автоматическую трансмиссию (AT), так и бесступенчатую трансмиссию с ременным приводом (CVT).

Компания NSK представит этот продукт на Tokyo Big Sight (расположенный в районе Кото в Токио) со среды 30 ноября по субботу 11 декабря на Токийском автосалоне 2011.

* 1 по состоянию на ноябрь 2011 г. (NSK Ltd.)
* 2 Тороидальный вариатор: трансмиссия, которая обеспечивает бесступенчатое переключение передач без переключения скоростей. Он обеспечивает плавную езду и улучшенную экономию топлива, поскольку позволяет избежать неуклюжих или рывков при переключении передач, поддерживая оптимальное передаточное отношение коробки передач для частоты вращения двигателя.Новый тороидальный вариатор NSK имеет более широкий диапазон передаточных чисел и лучшую эффективность, чем тороидальный вариатор.

В ответ на повышение цен на топливо и ужесточение правил по экономии топлива трансмиссии должны были становиться все более и более эффективными, что привело к разработке многоступенчатых систем АКП и трансмиссий меньшего размера с меньшим весом и потерями на трение. В 1978 году NSK приступила к разработке системы полутороидального вариатора. Компания разработала собственную уникальную высокочистую науглероживающую сталь для использования в системах вариатора с использованием своей подшипниковой технологии.Используя технологию термообработки нитроцементации и технологию сверхточной обработки поверхности, NSK разработала первые в мире приводные ролики и диски для автомобилей, которые соответствуют стандартам долговечности. В процессе разработки своей системы тороидального вариатора NSK подала заявку на получение более 1000 патентов по всему миру.

В 1999 году компания NSK успешно разработала первый в мире полутороидальный вариатор (бесступенчатая трансмиссия с тяговым приводом), а затем успешно применила эту технологию в самолетах.Новый тороидальный вариатор NSK для транспортных средств, усовершенствованный в своем тороидальном вариаторе, может быть установлен на самых разных транспортных средствах и обеспечивает значительно улучшенную экономию топлива.

Компания NSK добилась компактных, легких и легких приложений для автомобилей с низким крутящим моментом за счет использования четырех основных технологий (трибология, материалы, анализ и мехатроника). Компания разрабатывает эти технологии более 90 лет и продолжает создавать инновационные продукты, которые повысят топливную экономичность автомобилей.

Пример продуманной трибологической конструкции для улучшения характеристик наземного транспортного средства

Мы анализируем с точки зрения эффективности и тяговых возможностей недавно запатентованный тяговый привод, известный как двухроликовый полнотороидальный вариатор (DFTV). Мы сравниваем его характеристики с однолатковым полнотороидальным вариатором (SFTV) и однолатковым полутороидальным вариатором (SHTV). Моделирование этих вариаторов связано со сложными трибологическими проблемами; характеристики тяги и эффективности зависят от трибологических явлений, происходящих на границе раздела между роликами и дисками, где смазка подвергается очень жестким эластогидродинамическим режимам смазки.Интересно, что DFTV демонстрирует улучшение механического КПД в широком диапазоне передаточных чисел и, в частности, при передаточном числе единиц, как в таких условиях, когда DFTV допускает нулевое вращение, тем самым значительно улучшая его тяговые возможности. Очень высокий механический КПД и тяговые характеристики DFTV используются для исследования характеристик системы рекуперации кинетической энергии на основе маховика (KERS), где КПД вариатора играет важную роль в определении общей эффективности рекуперации энергии.Возможности повышения энергии и КПД в оба конца рассчитываются для трех различных вариаторов, рассмотренных в этом исследовании. Результаты показывают, что потенциал рекуперации энергии механического KERS может быть улучшен при правильном выборе вариатора.

1. Введение

Последние разработки в области автомобилестроения связаны с проектированием трансмиссий с целью улучшения эксплуатации теплового двигателя в соответствии с требованиями снижения расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ [1–3 ].

Для достижения этих целей изучаются и разрабатываются гибридные силовые агрегаты. Среди всех возможностей некоторые исследования утверждают, что механические гибриды более эффективны и дают наибольшие преимущества с точки зрения снижения расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ. Было проведено несколько исследований, чтобы оценить эффективные преимущества, которые такие системы могут дать в обычных легковых и грузовых автомобилях при современном уровне развития техники. Результаты расчетов показывают, что повышение экономии топлива до 25% может быть получено в обычных легковых и грузовых автомобилях, что также может быть улучшено за счет уменьшения размеров двигателя [4–7].Бесступенчатые приводы — это ядро механических гибридов. Цепно-ременные бесступенчатые трансмиссии (CVT) широко изучались либо теоретически, либо экспериментально [8–10]; однако ограничения максимального передаваемого крутящего момента и возможностей управления сделали вариаторы с тороидальным тяговым усилием приемлемой альтернативой для разработки трансмиссий CVT [11]. Тороидальный тяговый привод состоит из входных и выходных дисков, которые соединены соответственно с ведущим и ведомым валами и имеют такую форму, чтобы образовалась тороидальная полость.Силовой ролик, вращающийся внутри тороидальной полости, используется для передачи крутящего момента от ведущего диска к ведомому за счет срезающего действия эластогидродинамической масляной пленки; кроме того, наклон приводного катка позволяет выполнять маневры переключения передач. Что касается тороидальных вариаторов, которые фактически представлены на рынке для автомобильного применения, основное геометрическое различие заключается в положении центра наклона ролика (точка O на рисунке 1), который может совпадать или не совпадать с центром тороидальной полости. .В первом случае получается так называемый полнотороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (б)), во втором случае получается полутороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (а)). На Рисунке 1 (c) показана новая запатентованная тороидальная геометрия [12], так называемый полный тороидальный вариатор с двумя роликами (или DFTV); два ролика, вращающихся в противоположных направлениях, расположены внутри тороидальной полости с целью уменьшения потерь вращения при контакте ролика с диском; Кроме того, коническая форма ролика позволяет уравновесить нормальные силы, что делает ненужным использование упорного роликового подшипника.Таким образом, основные преимущества двух тороидальных геометрий с одним роликом (т. Е. SHTV и SFTV) могут быть объединены, что приведет к значительному повышению общей эффективности передачи [13, 14]. Диапазон передаточных чисел и эффективность регулируемых приводов являются ключевыми характеристиками для применения в механических гибридных системах. Для оптимизации условий эксплуатации KERS необходимо найти компромисс между большим разбросом передаточных чисел и хорошей эффективностью как в прямом, так и в обратном направлении. Было показано (см. [15]), что архитектуры с шунтированными вариаторами ([16, 17]), которые увеличивают разброс передаточных чисел регулируемого привода, не могут улучшить производительность KERS из-за потери эффективности, в частности, в обратная операция (см. также [18]).По этим причинам в данной статье мы сосредоточены на характеристиках стандартных тороидальных тяговых приводов с передаточным числом, охватывающим диапазон от 0,5. до 2. В частности, представлена полностью заполненная модель эластогидродинамической смазки (EHL) для анализа характеристик тяги и эффективности недавно запатентованного вариатора с тороидальным тяговым приводом (DFTV) и сравнения его с более стандартными решениями в качестве единственного роликовый полнотороидальный вариатор (SFTV) и одинарный роликовый полутороидальный вариатор (SHTV).Результаты используются для исследования производительности системы рекуперации кинетической энергии (KERS) на основе маховика, где эффективность вариатора играет важную роль в определении общей производительности рекуперации энергии.

2. Тяга и КПД тороидальных приводов
В этом разделе мы определяем основные геометрические и кинематические характеристики тороидальных вариаторов. На рис. 2 — это первый главный радиус входного и выходного дисков, и — вторые главные радиусы входного и выходного дисков соответственно.В случае DFTV каждый приводной ролик имеет коническую часть и тороидальную часть; ролики соприкасаются по конической части, в то время как тороидальная часть имеет форму типичного полутороидального ролика и контактирует с входным или выходным диском. Радиус кривизны сечения, перпендикулярного оси ролика, мы называем вторым главным радиусом. Для практических аспектов полезно определить коэффициент соответствия и соотношение сторон, где — эксцентриситет. Важным параметром управления является угол наклона.Мы можем выразить формулировку безразмерных радиусов кривизны дисков как функцию угла конуса и угла наклона (см. Рис. 2) как и, где и. Из геометрических соотношений также получаем. Мы также определяем геометрическое соотношение скоростей как отношение радиальных координат и; а именно,. Сказав входную угловую скорость и скорость вращения выходного диска, мы определяем передаточное отношение как. Процентные различия скоростей пар скользящих контактов учитываются путем определения входных и выходных коэффициентов ползучести, соответственно, то есть, и.Коэффициент скольжения роликов определяется как, где и — угловые скорости двух роликов, вращающихся в противоположных направлениях. Передаточное отношение можно выразить как с . Для каждого ролика из пары роликов мы можем определить точку, которая представляет собой точку пересечения касательных к тороидальной полости в точках контакта ролик-диск и определяется как точка пересечения абсолютных осей вращения ролика и диска. . Угловые скорости ролика относительно входного и выходного дисков и имеют компоненты скорости вращения, и, которые могут быть направлены внутрь или наружу.Выбирая правильное значение угла падения конуса, можно получить нулевые скорости вращения при. Коэффициенты спина можно определить как Следуя тому же подходу, который был предложен в [13, 14], определим коэффициент тяги как отношение тангенциальной силы на границе ролик-диск и нормальной нагрузки к коэффициенту спинового момента, где — спиновый момент и радиальный радиус диска координата точки контакта. Из уравнения количества движения, примененного к роликам, вращающимся в противоположных направлениях вокруг каждой оси ролика, параметры и были рассчитаны согласно [13, 14].Рассматривать учитывая, что угол (см. рисунок 2) и радиальные координаты в безразмерном виде, а именно, и. Термин представляет собой безразмерные потери крутящего момента из-за роликовых подшипников на осях ролика вариатора, которые были оценены в соответствии с технической документацией SKF [19]. Из уравнений равновесия дисков мы можем оценить эффективные коэффициенты крутящего момента на входной и выходной стороне вариатора как с и можно интерпретировать как эффективные коэффициенты крутящего момента на входной и выходной стороне вариатора.В предыдущих соотношениях мы рассмотрели возможность размещения набора роликов внутри тороидальных полостей. Более того, мы можем выразить силу тяги, действующую в осевом направлении диска, как функцию нормальной нагрузки и угла наклона: Общий механический КПД можно записать как Модель полностью затопленного изотермического контакта [13, 14, 20] была использована для расчета касательных напряжений на границе соприкасающихся элементов и, таким образом, коэффициентов тяги и вращения.
3. Модель контакта
Мы различаем условия контакта на границе раздела ролик-диск, где область контакта имеет эллиптическую форму, и на границе раздела ролик-ролик, где вместо этого область контакта имеет прямоугольную форму. Для изучения контакта между двумя изогнутыми профилями и мы определяем эквивалентный модуль Юнга, выраженный как функцию модуля упругости и коэффициента Пуассона каждого элемента в контакте [20] и эквивалентный радиус кривизны, с где нижний индекс относится к ролику и диску, и,, и (в случае полутороидального и полнотороидального).Эквивалентный радиус кривизны тогда определяется как В случае конического контакта роликов с роликами мы определяем, как средний радиус качения конической части роликов, тогда как. Тогда мы можем определить эквивалентный радиус кривизны как Результаты упруго-гидродинамической теории использованы для описания режима смазки на площади контакта. В частности, мы рассмотрели эффект вязкости-давления с помощью формулы Роланда: Из-за очень высоких скоростей сдвига смазка демонстрирует нелинейную зависимость между напряжениями сдвига и скоростями деформации сдвига в соответствии с общим правилом, используемым в теории пластичности для разделения деформации сдвига по разным направлениям.Мы пишем где функция представляет нелинейное поведение тягового масла и — эквивалентное напряжение. Следуя реологической модели, предложенной Бэром и Винером, функция принимает вид где — предельное напряжение сдвига. Оценка деформации сдвига выполняется в предположении, что для условий жесткого ЭДЖ распределение давления близко к распределению Герца (за исключением пика, близкого к задней кромке контакта), и с учетом того, что большая часть контакта характеризуется практически постоянной толщиной смазочной пленки, которая, в свою очередь, рассчитывается по формулам EHL.Следовательно, мы можем написать Вспоминая, что локальное вращательное скольжение полностью определяется как функция ползучести, скольжения и коэффициента вращения, можно вычислить величины,,, и коэффициент тяги ролик-ролик, просто интегрировав касательное напряжение по контактная площадка. Как только эти величины получены, быстро вычисляются КПД и общие тяговые характеристики вариатора (см. Также [13, 14]).
4. Моделирование поведения KERS
В этом разделе мы используем механическую модель трех тороидальных тяговых приводов для исследования общих характеристик механической гибридной трансмиссии.Среди всех возможных конфигураций механических гибридных силовых агрегатов [7] рассматривается маховик KERS, соединенный с карданным валом автомобиля через фрикционную муфту (см. Рисунок 3). Эта конфигурация дает больше улучшений экономии топлива, чем другие, когда она работает совместно с системой остановки и перезапуска [7]. Моделирование было выполнено с помощью симулятора обратной динамики трансмиссии автомобиля. Цикл движения задается в виде скоростной модели, а параметры трансмиссии рассчитываются в обратном порядке с помощью кинетической, кинематической моделей и моделей эффективности.В этой статье основное внимание уделяется потенциалу рекуперации энергии KERS, а коробка передач и двигатель не включены в модель. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить потенциал KERS по экономии топлива и сокращению выбросов. Трансмиссия с KERS, рассматриваемая в данном исследовании, состоит из колес, дифференциала и главной передачи (FR), ведущей муфты KERS, тороидального вариатора, главной повышающей передачи и высокоскоростного вращающегося маховика. Мы определяем два показателя производительности KERS: повышение KERS и эффективность в оба конца.В разделе 2 трансмиссии (см. Рисунок 3) называется крутящий момент, необходимый для движения транспортного средства в соответствии с графиком движения, который может быть положительным или отрицательным. Определяется величина, которая равна только тогда, когда, в противном случае равна нулю. Крутящий момент, который на самом деле задается KERS в разделе 2, равен, и он может быть положительным (режим повторного использования) или отрицательным (режим восстановления). Кроме того, мы определяем: который равен если, нулю в противном случае; которая равна если, и нулю в противном случае. Повышение KERS определяется как где — продолжительность одного рабочего цикла, а — угловая скорость вала 2.Повышение KERS — это энергия, передаваемая KERS на карданный вал автомобиля за цикл, деленная на энергию, необходимую для выполнения графика движения за цикл, и рассчитанная в Разделе 2 трансмиссии.

Эффективность передачи туда и обратно рассчитывается как: Эффективность в обоих направлениях — это энергия, фактически переданная KERS карданному валу транспортного средства за цикл, деленная на энергию, фактически передаваемую карданным валом KERS за цикл.
5. Результаты
В этом разделе мы сначала представляем основные тяговые характеристики и эффективность трех исследованных тороидальных тяговых приводов, а затем сосредоточимся на эффективности рекуперации энергии геометрии KERS, основанной на таких трансмиссиях.Свойства жидкости приведены в таблице 1, а геометрические данные трех вариаторов — в таблице 2.
Абсолютная вязкость при атмосферном давлении Па с
Вязкость-давление.
Коэффициент давление-вязкость Па
Предельное напряжение сдвига при атмосферном давлении Па
Предельная константа напряжения сдвига
Константа полюсного давления модели вязкости Роландса Па
Полярная вязкость модели вязкости Роландса Па с
DFTV
90 060
SHTV SFTV
Радиус полости мм мм мм
Радиус ролика мм мм мм
Коэффициент соответствия
Угол полуконуса
Угол конуса падения градусов
Соотношение сторон
полостей
из набор роликов
роликов в комплекте
5.1. Тяговые характеристики DFTV
На рис. 4 показаны характеристики тягового усилия и эффективности двойного тороидального тягового привода (DFTV). Расчеты проводились при постоянных значениях частоты вращения первичного оборота и нормальной контактной нагрузке кН. Интересно, что, поскольку вариатор DFTV представляет незначительные значения потерь вращения при единичном соотношении (синяя кривая на рисунке 4 (а)), в этом случае кривая тяги увеличивается очень быстро по мере увеличения ползучести от нуля. Однако при различных соотношениях скоростей (красная кривая на рисунке 4 (а)) и (черная кривая на рисунке 4 (а)) наличие потерь на вращение определяет сильное уменьшение тяги в зависимости от крутизны ползучести.Линейное поведение наблюдается до тех пор, пока не будет достигнуто значение ползучести, когда кривая тяги представляет собой типичный изгиб, соответствующий максимально достижимому значению выходного безразмерного крутящего момента. На рисунке 4 (b) мы показываем механический КПД вариатора как функцию безразмерного входного крутящего момента. Следует отметить, что при КПД принимает очень высокие значения, примерно равные большей части диапазона входного крутящего момента. Однако, когда (и, следовательно) приближается к своему предельному значению, КПД быстро падает из-за быстрого увеличения коэффициента ползучести.При крайних отношениях: (красная кривая), (черная кривая) на Рисунке 4 (b), тенденция зависимости напоминает поведение, наблюдаемое для, но значения эффективности значительно меньше во всем диапазоне крутящего момента, с максимальным значением близко к .
5.2. Сравнение DFTV, SFTV и SHTV
На рис. 5 показано количественное сравнение различных тороидальных вариаторов с точки зрения тяговых характеристик и эффективности. Расчеты проводились при заданных постоянных значениях частоты вращения первичного вала и нормальной нагрузки кН.Безразмерный выходной крутящий момент отображается в зависимости от общего коэффициента ползучести, тогда как эффективность представлена как функция входного безразмерного крутящего момента. Во всех случаях мы наблюдаем, как и ожидалось, почти линейное увеличение as от нуля. Однако по мере увеличения ползучести кривая начинает отклоняться от линейного тренда и достигает значения насыщения, соответствующего максимальному передаваемому крутящему моменту. Интересно, что наклон линейной части трех кривых тяги различается для трех разных вариаторов, а также изменяется при изменении геометрического передаточного числа.Во всех случаях SFTV показывает значительно худшее поведение по сравнению с двумя другими типологиями. Интереснее сравнить ШТВ и ДФТВ. При передаточных числах и два вариатора демонстрируют почти тяговые возможности, однако DFTV работает значительно лучше, чем SHTV, с точки зрения механического КПД. DFTV сильно превосходит SHTV как с точки зрения тяги, так и с точки зрения механической эффективности при геометрическом соотношении скоростей из-за очень ограниченного количества вращательного движения и вращательного момента.
5.3. KERS Performance
Моделирование характеристик KERS проводилось на данных типичного городского автомобиля (более подробная информация приведена в [15]). Ниже приведены основные характеристики устройства KERS. Мы считали массу вариатора KERS равной около. Моделирование проводилось с учетом маховика со следующими характеристиками: инерция маховика, минимальная скорость маховика и максимальная скорость маховика (верхняя и нижняя границы выбраны согласно [17]).Анализируемый механический гибрид может использоваться для вождения в городских условиях. Максимальная энергия, которая может храниться в маховике, составляет около 178 кДж, что соответствует кинетической энергии транспортного средства на скорости 60 км / ч. Моделирование проводилось в соответствии с городским графиком движения FTP-75. График движения рассматривается как периодическая функция, которой должен следовать автомобиль. Состояние заряда маховика одинаково в начале и в конце цикла [4].Чтобы сравнить характеристики, которые могут быть достигнуты с различными вариаторами, для любого рассматриваемого тороидального тягового привода, передаточное число конечного множителя было оптимизировано, и это оптимальное значение использовалось для проведения моделирования. Механический КПД DFTV, SHTV и SFTV был рассчитан с помощью аналитических моделей, представленных в предыдущих разделах. Мы предполагаем, что система зажима позволяет контролировать усилие зажима, чтобы оптимизировать эффективность тороидального тягового привода для любого заданного передаточного числа и входного крутящего момента.Чтобы выполнить моделирование в этих рабочих условиях, был вычислен КПД с оптимальным значением нормализованного входного крутящего момента с различными передаточными числами, и результаты показаны на рисунке 6. Разброс передаточного отношения трех вариаторов равен 4, с передаточным числом от до. Показано, что КПД SFTV меньше КПД DFTV и SHTV во всем диапазоне передаточных чисел. DFTV превосходит SHTV только в промежуточном диапазоне значений передаточного числа.Результаты нашего моделирования показаны на Рисунке 7. Повышение KERS (см. Рисунок 7 (a)) в графике движения FTP-75 равно 20,4% с DFTV и 20,2% с SHTV (разница почти незначительна), тогда как в случае SFTV он равен 18,4%. Поскольку SFTV в настоящее время используется в механических гибридных системах, наши результаты показывают, что правильный выбор вариатора может привести к увеличению наддува KERS примерно на 10%. Аналогичные результаты показаны в расписании движения FTP. В этом случае надбавка KERS составляет около 10.2% с SFTV, 11,3% с SHTV и 11,5% с DFTV. Как и ожидалось, лучшие характеристики получаются в городской езде. На рисунке 7 (b) показана общая эффективность KERS в обоих направлениях в расписаниях движения FTP-75 и FTP и сравнение результатов, полученных с помощью SFTV, SHTV и DFTV. На эффективность в оба конца не сильно влияет стиль вождения, тогда как эффективность SFTV примерно на 7% меньше по сравнению с DFTV и SHTV. В нашем анализе мы рассмотрели разброс передаточных чисел, близкий к 4 для всех тороидальных тяговых приводов.Однако мы замечаем, что регулируемый привод с большим разбросом передаточных чисел может работать даже лучше при условии, что эффективность остается достаточно высокой [15]. Однако двойная цель разработки вариатора, обладающего как большим разбросом передаточных чисел, так и высоким механическим КПД во всем диапазоне передаточных чисел, является довольно сложной задачей. Различные вариаторы могут предоставлять разные возможности для дальнейшего улучшения, и, с этой точки зрения, дальнейшие исследования должны касаться оптимизации конструкции DFTV и SHTV для применения в KERS.

6. Выводы
Мы проанализировали эффективность и тяговые характеристики трех тороидальных тяговых приводов: SFTV, SHTV и недавно запатентованного DFTV. Последний был спроектирован таким образом, чтобы объединить преимущества двух других существующих тороидальных геометрий и показать повышенную эффективность и тяговые характеристики. Вариатор DFTV состоит из набора конических роликов, вращающихся в противоположных направлениях, которые помещены в тороидальную полость; Геометрические характеристики силовых роликов позволяют снизить потери вращения в широком диапазоне передаточных чисел и избавиться от упорного шарикоподшипника, который способствует потерям крутящего момента геометрии полутороидального типа.Чтобы оценить характеристики тороидальных тяговых приводов, мы разработали полностью затопленную модель изотермического контакта, основанную на результатах теории смазки EHL. Наши расчеты показали эффективность геометрических характеристик DFTV с точки зрения снижения спиновых потерь и повышения общей эффективности. Очень высокий механический КПД и тяговые характеристики DFTV были затем использованы для исследования производительности механической системы рекуперации кинетической энергии (KERS).Возможности повышения энергии и общая эффективность приема-передачи были рассчитаны для DFTV, SHTV и SFTV, и было обсуждено их сравнение. Результаты показали, что выбор DFTV и SHTV приводит к очень значительному увеличению мощности наддува KERS при движении по городу, что примерно на 10% больше, чем результат, достигнутый с помощью SFTV.
Torotrak рассказывает о достижениях в области полнотороидального вариатора с тяговым приводом с использованием PitchSteer; Приложения для электромобилей, а также
На Международном конгрессе VDI «Трансмиссия для транспортных средств» в Фридрихсхафене, Германия, в 2016 году Джон Фуллер, директор по концепциям и интеллектуальной собственности Torotrak Group, представил и обсудил последние достижения компании в области оптимизации ее полнотороидальной вариаторной технологии для рынка легковых автомобилей. в бесступенчатых трансмиссиях (CVT).
Вариаторы с главным приводом Torotrak сочетают в себе вариатор с полным тороидальным тяговым приводом и другие традиционные компоненты трансмиссии. Объединив свой обширный опыт в области трансмиссий с главным и вспомогательным приводами, Torotrak разработал концепцию вариатора с диапазоном передаточных чисел до 12, управляемую недорогой исполнительной системой.

Torotrak ожидает, что разработки, которые обеспечат более широкий разброс передаточных чисел и бесперебойную подачу мощности, будут еще больше стимулировать популярность вариаторов, которые, по прогнозам, достигнут к 2020 году глобальных продаж в 12 миллионов в год.
Вариатор подходит как для переднеприводных, так и для заднеприводных платформ и должен иметь высокую масштабируемость, при этом традиционная гидравлическая версия уже продемонстрировала мощность, превышающую 300 кВт.
Рыночные предпочтения меняются от обычной автоматики к вариаторам. Наше решение может ускорить эту тенденцию, удовлетворяя потребности как переднего привода, так и потенциально заднеприводной компоновки, где высокие уровни крутящего момента и ограничения упаковки могут быть более сложными для традиционной технологии CVT.
—Джон Фуллер
Опыт Torotrak Group в области вспомогательных приводов привел к снижению стоимости системы, в частности, за счет использования экономичного управления передаточным числом вариатора с использованием технологии компании PitchSteer.
Torotrak представил PitchSteer в ноябре 2105 года (более ранняя публикация) как недорогой метод управления, который снижает требования к мощности срабатывания регулируемого привода Torotrak для таких устройств, как нагнетатели, например, Torotrak V-Charge.
В то время компания заявила, что, по ее мнению, PitchSteer, а также DriveDisconnect, который обеспечивает возможность нулевой выходной скорости в самом вариаторе, чтобы обеспечить функциональность разъединяющей муфты без потери стоимости или веса, также могут быть использованы в другие приложения, такие как вариаторы главного привода и бесступенчатые трансмиссии.
В вариаторе использование PitchSteer обеспечивает широкий диапазон передаточного числа, что может улучшить эффективность автомобиля различными способами: во-первых, за счет уменьшения количества рассеиваемой энергии при трогании с места и, во-вторых, за счет того, что двигатель будет работать на более низких скоростях во время крейсерского движения.
Кроме того, широкий разброс передаточных чисел вариатора позволяет использовать простые и эффективные конструкции трансмиссии, которые максимально используют разделение мощности, при котором только часть движущей силы передается вариатором, а остальная часть передается по прямому механическому пути.
Трансмиссия также может быть сконфигурирована как IVT (бесступенчатая трансмиссия) с нейтральной передачей, которая может дополнительно улучшить экономию топлива за счет устранения необходимости в неэффективном пусковом устройстве транспортного средства, которое теряет мощность при скольжении.
Система может быть приспособлена к предпочтениям водителей на отдельных рынках, например, для создания привычных ощущений от вождения преобразователя крутящего момента.
Фуллер сказал, что электромобили также могут извлечь выгоду из последних разработок вариаторов.
За счет увеличения крутящего момента колеса на низких скоростях транспортного средства тороидальный вариатор может улучшить способность преодолевать подъемы и производительность, или может быть инструментом для уменьшенной электрической трансмиссии, которая имеет более низкую стоимость и вес.С вариатором, настроенным на достижение КПД более 95%, также есть потенциал для увеличения диапазона электромобилей.
—Джон Фуллер
В презентации Torotrak Group также было рассмотрено влияние тороидальных вариаторов и бесступенчатых трансмиссий при использовании в автономных транспортных средствах. Обеспечивая постоянный крутящий момент за счет плавного переключения передач, технология позволяет преодолеть неприятное ощущение прерывания крутящего момента, к которому люди в таких транспортных средствах очень чувствительны.
Материал вариатора с полным тороидальным тяговым приводом и долговечность жидкости на JSTOR
Абстрактный
РЕЗЮМЕ Полнотороидальные тяговые приводы (IVT, TCVT и TVAD) продемонстрировали значительную экономию топлива, выбросы и снижение затрат в различных областях применения. Однако все больший упор делается на удельную мощность и пределы выносливости, следовательно, дополнительные требования предъявляются к способности элементов вариатора и тяговой жидкости выдерживать тяжелонагруженные условия контактной усталости при качении внутри вариатора.В этой статье описываются экспериментальные работы, проведенные для демонстрации стойкости к высоким температурам тяговой жидкости и материала диска вариатора и ролика. Кроме того, представлены последние результаты испытаний на предел усталостной выносливости, которые предоставляют дополнительные доказательства того, что тяговая жидкость «заполняется на весь срок службы»
. Информация о журнале
Международный журнал двигателей внутреннего сгорания SAE — это научный рецензируемый исследовательский журнал, посвященный науке и технике по двигателям внутреннего сгорания.Журнал освещает инновационные и архивные технические отчеты по всем аспектам разработки двигателей внутреннего сгорания, включая исследования, проектирование, анализ, контроль и выбросы. Стремясь стать всемирно признанным исчерпывающим источником для исследователей и инженеров в области исследований и разработок двигателей, журнал публикует только те технические отчеты, которые считаются имеющими значительное и долгосрочное влияние на разработку и конструкцию двигателей
Информация об издателе
SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.
заряженных электромобилей | Бесступенчатые трансмиссии Torotrak повышают эффективность и производительность
Бесступенчатые трансмиссии Torotrak повышают эффективность и производительность
Размещено 7 июля 2016 г. Чарльзом Моррисом & в рубрике Newswire, The Tech.
Torotrak Group внесла несколько улучшений в свою технологию бесступенчатой трансмиссии (CVT), обеспечивая более широкий диапазон передаточных чисел и плавную передачу мощности.
Вариаторы с главным приводом
Torotrak сочетают в себе вариатор с полным тороидальным тяговым приводом и другими традиционными компонентами трансмиссии. Вариатор подходит как для переднеприводных, так и для заднеприводных платформ. Он разработан с учетом высокой масштабируемости и был продемонстрирован на уровнях мощности более 300 кВт.
Torotrak ожидает, что глобальные продажи вариаторов к 2020 году достигнут 12 миллионов в год.

«Рыночные предпочтения меняются от традиционной автоматики к вариаторам», — сказал Джон Фуллер, директор по концепциям и интеллектуальной собственности. «Наше решение может ускорить эту тенденцию, удовлетворяя потребности как переднеприводных, так и потенциально заднеприводных схем, где высокие уровни крутящего момента и ограничения упаковки могут быть более сложными для традиционной технологии CVT».
В частности,
электромобилей могут извлечь выгоду из последних разработок вариаторов.
«Увеличивая крутящий момент колеса на низких скоростях транспортного средства, тороидальный вариатор может улучшить способность преодолевать подъемы и производительность, или может быть инструментом для уменьшенной электрической трансмиссии, которая имеет более низкую стоимость и вес», — сказал Фуллер.«С CVT, сконфигурированным для достижения КПД, превышающего 95%, также есть потенциал для увеличения диапазона электромобилей».
Источник: Torotrak через Green Car Congress
Теги: Torotrak Group
Новейшие технологии тороидальных трансмиссий обеспечивают бесперебойную подачу энергии и повышенную топливную экономичность в приложениях с бесступенчатой трансмиссией
пт, 24 июня 2016 г. 17:00 CET
Новые разработки для легковых и электромобилей, представленные на крупной конференции по трансмиссиям
24 июня, 2016 … Torotrak Group, ведущий разработчик и поставщик технологий снижения выбросов от транспортных средств и топливной экономичности, недавно представила новые достижения в технологии бесступенчатой трансмиссии (CVT), которые обещают повышенную энергоэффективность и производительность в легковых автомобилях, включая электромобили. Ожидается, что разработки Torotrak, обеспечивающие более широкий разброс передаточных чисел и бесперебойную подачу мощности, будут способствовать дальнейшему стимулированию популярности бесступенчатых трансмиссий, которые, как уже прогнозируется, к 2020 году достигнут глобальных продаж на уровне 12 миллионов в год.
Выступая на Международном конгрессе VDI «Трансмиссия для транспортных средств» в 2016 году во Фридрихсхафене, Германия, 22 июня, Джон Фуллер, директор по концепциям и интеллектуальной собственности Torotrak Group, выступил с презентацией под названием «» Высокоэффективный вариатор с полным тороидальным тяговым приводом. — Технологические усовершенствования и применение в переднеприводных автомобилях , обсуждая последние достижения, оптимизирующие технологию вариатора для рынка легковых автомобилей.
Объединив свой обширный опыт работы с трансмиссиями с главным и вспомогательным приводами, Torotrak разработал концепцию вариатора с передаточным числом до 12, управляемую недорогой исполнительной системой.Вариатор подходит как для переднеприводных, так и для заднеприводных платформ и должен иметь высокую масштабируемость, при этом традиционная гидравлическая версия уже продемонстрировала мощность, превышающую 300 кВт.
«Рыночные предпочтения меняются от традиционной автоматики к вариаторам», — прокомментировал Фуллер. «Наше решение может ускорить эту тенденцию, удовлетворяя потребности как переднего привода, так и потенциально заднеприводной компоновки, где высокие уровни крутящего момента и ограничения упаковки могут быть более сложными для традиционной технологии CVT.”
Опыт Torotrak Group в области вспомогательных приводов привел к снижению стоимости системы, в частности, за счет использования экономичного управления передаточным числом вариатора с использованием технологии PitchSteerTM. Это обеспечивает широкий диапазон передаточного числа, что может улучшить эффективность автомобиля различными способами: во-первых, за счет уменьшения количества рассеиваемой энергии при трогании с места и, во-вторых, за счет того, что двигатель может работать на более низких скоростях во время крейсерского движения. Кроме того, широкий разброс передаточных чисел вариатора позволяет использовать простые и эффективные конструкции трансмиссии, которые максимально используют «разделение мощности», при котором только часть движущей силы передается вариатором, а остальная часть передается по прямому механическому пути.
Трансмиссия также может быть сконфигурирована как IVT (бесступенчатая трансмиссия) с «нейтральной передачей», которая может дополнительно улучшить экономию топлива за счет устранения необходимости в неэффективном пусковом устройстве транспортного средства, которое теряет мощность при скольжении. Система может быть приспособлена к предпочтениям водителей на отдельных рынках, например, для создания привычных ощущений от вождения преобразователя крутящего момента.
Фуллер также объяснил, как электромобили могут извлечь выгоду из последних разработок вариаторов.«Увеличивая крутящий момент колеса на низких скоростях транспортного средства, тороидальный вариатор может улучшить способность преодолевать подъемы и производительность, или может быть инструментом для уменьшенной электрической трансмиссии, которая имеет более низкую стоимость и вес», — сказал он. «С вариатором, сконфигурированным для достижения КПД, превышающего 95%, также есть потенциал для увеличения диапазона электромобилей».
В презентации Torotrak Group также было рассмотрено влияние тороидальных вариаторов и бесступенчатых трансмиссий при использовании в автономных транспортных средствах. Обеспечивая постоянный крутящий момент за счет плавного переключения передач, технология позволяет преодолеть неприятное ощущение прерывания крутящего момента, к которому люди в таких транспортных средствах очень чувствительны.
О компании Torotrak
Torotrak (LSE: TRK) — новатор и поставщик низкоуглеродных транспортных технологий, специализирующийся на механических решениях, повышающих эффективность и снижающих выбросы CO2 в транспортных средствах. К ним относятся нагнетатель с переменным приводом V-Charge, ряд безредукторных трансмиссий с тяговым приводом Torotrak и система рекуперации энергии Flybrid, в которой используется маховик с механическим приводом для захвата кинетической энергии во время торможения и эффективного возврата ее к колесам.Команда инженеров компании работает с проверенными технологическими партнерами мирового уровня, чтобы обеспечить проверенный маршрут от прототипов до производства. В число клиентов входят крупные производители автомобилей и их поставщики для легких, тяжелых и внедорожных автомобилей, а также ведущие команды автоспорта. www.torotrak.com
Контактная информация Torotrak для СМИ
Пол Чаддертон, Market Engineering
[email protected]
+44 (0) 1295 277050
Контактное лицо группы Torotrak
Софи Рэгг, сотрудник по маркетингу
Софи[email protected]
+44 (0) 1327 855190
Активы
Изображения можно загрузить в нашем отделе новостей без регистрации.
Или свяжитесь с [email protected].
Чтобы загрузить этот пресс-релиз в формате PDF, нажмите здесь
Теги:
% PDF-1.4 % 313 0 объект > эндобдж xref 313 82 0000000016 00000 н. 0000002009 00000 н. 0000002229 00000 н. 0000003024 00000 н. 0000003693 00000 н. 0000003755 00000 н. 0000003777 00000 н. 0000004411 00000 н. 0000006738 00000 н. 0000007093 00000 н. 0000007651 00000 н. 0000007885 00000 н. 0000008284 00000 н. 0000008507 00000 н. 0000008960 00000 н. 0000009177 00000 н. 0000009981 00000 н. 0000010274 00000 п. 0000010371 00000 п. 0000010652 00000 п. 0000010674 00000 п. 0000011396 00000 п. 0000011609 00000 п. 0000012359 00000 п. 0000012583 00000 п. 0000012964 00000 п. 0000013182 00000 п. 0000013880 00000 п. 0000013902 00000 п. 0000014831 00000 п. 0000014853 00000 п. 0000015748 00000 п. 0000015770 00000 п. 0000016634 00000 п. 0000016656 00000 п. 0000017537 00000 п. 0000017559 00000 п. 0000018345 00000 п. 0000018367 00000 п. 0000019142 00000 п. 0000019267 00000 п. 0000019398 00000 п. 0000019519 00000 п. 0000019639 00000 п.
No related posts.