Принцып Работы Вариатора Cvt


Принцып работы вариатора CVT

Клиноременные коробки CVT

История использования CVT (continuously variable transmission далее вариатор) бесступенчатых трансмиссий в легковых автомобилях насчитывает несколько десятилетий и несколько их типов. Однако только в 1950 году трансмиссия DAF Variomatic обеспечивала рождение CVT (вариатор) в современном понимании. Система Variomatic использовала бесконечный резиновый приводной ремень, зажатый между коническими поверхностями шкивов. Расстояния между половинками шкивов изменялось, поэтому изменялся рабочий радиус "главного" шкива, а это, в свою очередь, заставляло изменяться радиус "рабочего" шкива, половинки которого сжимались пружиной. Такую конструкцию назвали "вариатор". За системой Variomatic последовала система Van Doorne Transmatic, в которой резиновый ремень был заменен ремнем, состоящим из набора стальных пластин особой формы. Хотя трансмиссия Transmatic фундаментально отличалась от Variomatic, потому что стальной ремень, в отличии от резинового, мог передавать не только тянущие усилия, но и толкающие, внешне она представляла собой те же два раздвигающиеся шкива. Преимущество новой конструкции заключалось в том, что трансмиссия того же размера могла передавать значительно большую величину крутящего момента, хотя это было до того, как потребовалась система, способная передавать момент больше 150 Нм.

Наряду с тем, что бесступенчатая трансмиссия (вариатор) может обеспечить любое желаемое передаточное число, в зависимости от формы и размеров шкивов, она не имеет нейтральной передачи и таким образом нуждается в некоторой форме сцепления так же, как и для обеспечения возможности заднего хода.

Если нет какого-нибудь автоматического сцепления, клиноременные трансмиссии (вариаторы), а на самом деле и другие бесступенчатые трансмиссии, не могут функционировать как полностью автоматические трансмиссии. Простейшим способом обеспечения заднего хода является установка одного ряда планетарной передачи и тормоза, чтобы реверсировать выход из вариатора. Такая конструкция означает, что теоретически автомобиль с такой трансмиссией может двигаться задним ходом с той же скоростью, что и вперед (на первых моделях DAF так и было). Движение задним ходом с высокой скоростью может быть опасно, и современные системы CVT (вариатор), как правило, предусматривает специальные ограничители скорости заднего хода, например, предотвращение выхода вариатора из максимального значения передаточного числа.

Первые системы Variomatic и Transmatic использовали центробежное сцепление для решения проблемы остановки и трогания с места, без значительного увеличения стоимости конструкции. Несмотря на последовательные улучшения эта система никогда не обеспечивала удовлетворительного решения. Старт с места и остановка всегда сопровождались дерганьем, несмотря на двухступенчатое включение при увеличении оборотов. Subaru был первым японским производителем, кто использовал бесступенчатую трансмиссию (вариатор) на своем мини-автомобиле Justy, получив лучшие результаты при использовании порошкового электромагнитного сцепления, с компьютерным контролем электрического тока сцепления. Это решение использовало также Nissan, применив CVT (вариатор) на своем автомобиле Micro.

Одним из очень хороших решений является использование обычного гидротрансформатора, хотя это и увеличивает стоимость. Он обеспечивает более плавный старт, а увеличение момента может быть использовано для более быстрого разгона или увеличение низшего передаточного числа вариатора, что позволяет сделать его более компактным. Такое решение было предложено немецкими специалистами компании ZF, которые в 1995 году впервые продемонстрировали свой клиноременный вариатор Ecotronic. К 1998 году компания распространила идею Ecotronic на семейство из трех агрегатов различных размеров и передаваемых крутящих моментов, CFT13 (130 Нм), CFT18 (180 Нм) и CFT25 (250Нм).

На основе того что современные атмосферные двигатели развивают крутящий момент примерно 90 Нм с литра объема (2,5 литровый 24 клапанный двигатель Ford Duratec, например, создает крутящий момент 220 Нм), CFT25 хорошо подходит для европейских автомобилей среднего размера класса Mondeo, Vectra и Passat. В вариаторах CFT13 и CFT18 применяются ремни шириной 24мм, а в CFT25 шириной 30мм. В более мощных конструкциях внешний диаметр шкивов больше, но разница меньше, чем можно было бы ожидать. Шкивы CFT25 всего на 19% больше, чем у CFT13.

ГГидротрансформатор ZF Ecotronic имеет механическую блокировку, как в обычных современных автоматах (АКПП). Один планетарный ряд между гидротрансформатором и ведущим шкивом вариатора обеспечивает задний ход, включаясь и выключаясь с помощью многодискового сцепления и тормоза. Этот вариатор идеально подходит для переднеприводных автомобилей с поперечной установкой двигателя, кроме того, ZF разработал конструкцию, которая подходит как для переднеприводных? так и для классической компоновки с приводом на задние колеса. Причем она изготовлена для работы с продольно установленным двигателем (ясно, что имелись в виду такие потребители, как BMW). Конструкция, которая позволяет использовать различные компоновки, была сделана "модульной" на основе использования компонентов от переднеприводного варианта.

Еcotronic использует совершенную систему электронного управления позаимствованную в некоторых отношения из огромного опыта по созданию адаптивной электроники для текущего производства 4 и 5 ступенчатых агрегатов. Неформальная логика используется для определения рабочих характеристик в каждый момент времени. Информацию получают из различных источников, включая управляющие сигналы от водителя и накопленные в памяти характеристики двигателя. ZF утверждает, что в принципе управляющие точки – это моменты минимального расхода топлива, но они изменяются "адаптивным фактором", который может быть бесконечно разнообразным, в диапазоне между 2 экстремумами: минимальным потреблением топлива и максимальной мощностью. Обороты двигателя увеличиваются каждый раз, когда водитель требует большей мощности или когда это диктуют дорожные условия, например, когда автомобиль движется в гору.

Honda, которая разработала свою собственную конструкцию вариатора, использует стальной ремень и шкивы, но сделала шаг вперед, приняв в качестве устройства для старта и остановки многодисковое, мокрое сцепление, управляемое компьютером. Она устанавливает эту трансмиссию на автомобиль среднего класса Civic, приводимый в движение 1,6-литровым двигателем, развивающим максимальный крутящий момент 140 Нм. Среди особенностей этой системы, следует отметить компьютерный контроль (от электронной системы управления двигателем и трансмиссией) давления, управляющего положением половинок обоих шкивов вариатора. Эта система обеспечивает оптимальное давление без чрезмерного его увеличения. Программирование вариатора для Civic обеспечило хорошее соотношение с режимами экономичной работы двигателя, и это привело к тому, что топливная экономичность автомобиля с вариатором, показанная при испытаниях в городском цикле, оказалась на 15% лучше, чем у автомобиля с обычной 4-ступенчатой автоматической коробкой передач (АКПП).

Эти показатели меркнут перед результатами, достигнутыми Civic в обслуживании, но это ничего не стоит, потому что в последнем Civic, появившимся в 2000 году, Honda предложила 4-ступенчатый автомат вместо вариатора. Это частично связано с тем, что многие водители имеют проблемы – в действительности психологическую проблему, - потому что в автомобилях с вариатором шум двигателя не соответствует тому, что происходит с автомобилем. В автомобиле с механическими коробками или многоступенчатыми автоматами (АКПП) водитель слышит увеличение оборотов двигателя при разгоне, с падениями оборотов при каждом переключении на более высокую передачу. Автомобиль с вариатором может интенсивно разгоняться при постоянных оборотах двигателя потому что вариатор поддерживает обороты двигателя необходимые для лучшего ускорения. Работает такая система очень хорошо, но из-за непривычного звука у водителя создается впечатление, что автомобиль вялый и разгоняется неохотно.

Это заставило некоторых производителей адаптировать управляющие системы своих вариаторов для создания ряда фиксированных передаточных чисел, преодолев, таким образом, психологическую проблему. Теоретически может быть обеспечено любое число передаточных чисел, но наиболее часто выбирают честь или семь. После этого легко обеспечить водителя возможностью "щелчка" при переключении и ручным переключением вверх или вниз, а по желанию можно включить по-настоящему бесступенчатый режим.

Nissan, кажется, был первым производителем, кто использовал этот переход в своей трансмиссии Hyper CVT-M6, выставленной в 1997 году. Контрольная система включала шесть предопределенных передаточных отношений: низшее и самое высшее, а также 4 равномерно распределенных между ними. Hyper CVT-6 (вариатор) дает возможность автомобилю работать в наиболее экономичном, автоматическом режиме вариатора, или на любом из 6 предопределенных, например, предотвращать превышение максимальных оборотов двигателя. Примеру Nissan последовали другие производителя вариаторов. Nissan разработал Hyper CVT (вариатор), которая использует при трогании с места гидротрансформатор для установки на автомобили с двигателем объемом до 2-х литров. Трансмиссия дала возможность без какого-нибудь ухудшения работы повысить топливную экономичность на 20% при испытаниях по японскому циклу для определения выбросов, по сравнению с обычной 4-х ступенчатой автоматической коробкой передач (АКПП). К 1999 году Hyper CVT предлагалась для установки на широкий ряд моделей Nissan японского рынка и появилась в Европе (на Primera и минивэне Tino) в 2000 году. Сейчас Nissan разрабатывает новые версии, работающие на тех же принципах, для автомобилей класса Micra с двигателем до 1,3 литра. Компания также использует характеристики вариатора для использования совместно с новым бензиновым двигателем с непосредственным впрыском, на основе интерпретации положения дросселя, как в потребности крутящего момента. Контрольный блок передает выход с "управления по проводам" как самому двигателю, так и вариатору, используя последний для того, чтобы создать крутящий момент, затребованный водителем. В то же самое время, если только возможно, работа двигателя поддерживается в режиме бедной смеси, что уменьшает расход топлива.

Новая система вариатора Audi Multytronic использует немного отличный подход, обеспечивая увеличение оборотов двигателя с увеличением скорости автомобиля, чтобы удовлетворить ощущения водителя по поводу разгона. Это несколько ухудшает теоретические показатели и экономические преимущества "чистого" вариатора, но не столько, на сколько фиксированные передаточные числа. Как и система Honda, Multytronic использует мокрое многодисковое сцепление для обеспечения возможности старта с места. Приводной ремень Audi работает под напряжением и передает крутящий момент за счет трения между осями пластин, составляющих ремень, и поверхностями шкивов. Audi утверждает, что при использовании Multytronic на А6 с двигателем V-6 2,8 литра улучшается топливная экономичность и эксплуатационные показатели автомобиля, по сравнению с 5-ступенчатой автоматической трансмиссией (АКПП), и даже есть небольшое улучшение, по сравнению с механической коробкой передач.

В будущем привлекательность вариаторов может стать выше из-за легкости, с которой они могут быть адаптированы к другим типам приводов, например гибридным. Гибридный автомобиль Toyota Prius использует вариатор, как стандартную комплектацию. И на самом деле, фактически каждый японский производитель показал концептуальный автомобиль или демонстрационную модель привода с вариатором. В большинстве случаев вариаторы использовали гидротрансформатор для соединения трансмиссии с двигателем. Например, концепт-кар Mitsubishi HSR-V1 получал энергию от двигателя GDI (с непосредственным впрыском), а приводился в движение вариатором. Mitsubishi сделал интересное заявление, что они адаптировали свою программу с "неформальной логикой" INVECT-II впервые примененный для 4-ступенчатой автоматической коробки передач (АКПП), к применению с вариатором, демонстрируя гибкость этого программного обеспечения.

Джеф Дэниэлс "Современные автомобильные технологии"