Коробка передач CVT - що це таке і як вона працює?

Найчастіше на легкових автомобілях зустрічаються механічна та автоматична коробки передач. Однак крім них існує і безступінчата трансмісія. Іноді його відносять до АКПП, так як в обох варіантах зміна передавального числа відбувається без участі водія. Однак конструкція і принцип функціонування значно відрізняються, тому зазвичай автоматичні і безступінчатий КПП поділяють. Далі розглянуто коробка передач CVT: що це таке, як працює, де застосовується і як експлуатується.

Визначення

Ця абревіатура походить від англійської назви такої КПП, яке можна перевести як «трансмісія з постійно змінним передавальним числом». Отже, безступінчата коробка передач являє собою трансмісію, плавно міняє коефіцієнт передачі крутного моменту у всьому робочому діапазоні. Однак потрібно враховувати, що абревіатуру CVT використовують лише для одного з типів таких КПП.

Класифікація

Далі буде розглянуто коробка передач CVT: що це таке з точки зору конструкції та принципу функціонування. На основі даного критерії розглядаються агрегати поділяють на п'ять типів. Електрична передача. В таких механізмах основний двигун приводить генератор, а колеса обертають електромотори. Гідрооб'ємна передача. Двигун обертає гідронасос, що подає у призводять колеса масло. Гідродинамічна передача (гідротрансформатор). Цей пристрій являє собою механізм, що складається з двох коліс з лопатками, що створюють потік масла. Не використовується в якості коробки передач, а є компонентом АКПП і варіаторів, де служить для перетворення обертального моменту від двигуна.

Механічна передача (варіатор). У даному випадку передача моменту відбувається шляхом тертя через проміжне тіло, яке може бути представлено кулькою, ременем або роликом. Зміна передавального відношення здійснюється переміщенням даного тіла в будь-яку точку радіусу веденого або ведучого колеса. Саме такий агрегат називається CVT (коробка передач). Що це таке більш докладно розглянуто далі, так як дані агрегати найчастіше застосовують на легкових автомобілях. Комбінована трансмісія. Передбачає безступінчасте передачу лише невеликого моменту, в той час як основна його частина передається через механічні передачі.

Варіатор

Як було зазначено, серед розглянутих типів безступінчатих трансмісій найбільш широке поширення на легкових автомобілях знайшла варіаторна коробка передач CVT. Що це таке, більш докладно розглянуто нижче.
Насамперед слід зазначити, що за технологією передачі крутного моменту такі коробки передач класифікують на варіатори зачеплення і фрикційні. До першого типу належать лише ланцюгові механізми, а другий включає конусні роликові і ремінні, торовые, багатодискові, кульові, хвильові, лобові, кліноременним варіатори. На легкових автомобілях найбільш часто зустрічається кліноременная і ланцюгова CVT (коробка передач). Що це таке, описано далі. Для забезпечення заднього ходу на більшості автомобілів, оснащених варіатором, з ним зблокована планетарна передача.

Пристрій клиноременных і ланцюгових варіаторів

Більшість КПП даної конструкції має одну або дві кліноременним передачі. У такому агрегаті присутні ведений і ведучий шківи. Перший з них пов'язаний з колінчатим валом, з яким пов'язана коробка. Передача варіатора CVT крутного моменту від двигуна відбувається через нього. Другий шків передає момент на колесах. Один з шківів або обидва мають розсувні боковини (диски). Зазор між ними в найпростішому варіанті визначається відцентровим регулятором, хоча іноді застосовують навантажувальні муфти. Диски виконані у формі конусів і спрямовані вістрями один до одного.

Для привода дисків ведучого шківа служить електронна система, що включає датчики, сервоприводи і блок управління. Пасові і ланцюгові варіанти аналогічні за принципом функціонування. Відмінність полягає в конструкції і матеріалу самого натяжного елемента. Ремені можуть складатися з гуми або з металевих ланок і армовані сталевим дротом для запобігання розтягування. У будь-якому випадку ланцюг або ремінь пролягає в жолобі між дисками шківів. Відмінність ланцюгових механізмів полягає в тому, що ланцюг розміщена в масляній ванні. Для початку руху застосовують гідротрансформатор, блокується після цього, або звичайне зчеплення.

Принцип функціонування

Незалежно від конструктивних особливостей варіаторів названих вище типів, принцип їх роботи ідентичний. Передаточне число, яке визначається діаметром внутрішньої поверхні шківів, варіюється шляхом зміни відстані між конічними дисками. Так, при зростанні частоти обертання двигуна у ведучого шківа боковини зсуваються. При цьому, так як відбувається зближення конусів, діаметр жолоба шківа зростає. Таким чином, зменшується коефіцієнт передачі, і збільшується посадковий діаметр шківа. Тобто, із збільшенням ведучого шківа і зменшенням веденого швидкість обертання ланцюга або ременя підвищується і виходить підвищена передача. Отже, для зниження передавального числа потрібно знизити швидкість обертання, збільшивши діаметр веденого шківа і розсунувши диски на провідному. При цьому для збереження натягу ременя або ланцюга відбувається рівномірне зміна діаметрів шківів. Тобто, коли відбувається зближення дисків на одному з них, на другому вони відсуваються. Таким чином досягається плавне, безступінчасту зміну передаточного числа. Для автоматичного регулювання діаметра ведучого шківа служить відцентровий регулятор, вбудований в маточину. При розкручуванні шківа важки переміщуються відцентрової силою до його периферії, давлячи на боковини. Під дією цього вони звужуються, збільшуючи діаметр внутрішньої поверхні. При цьому ремінь починає тиснути зсередини на диски веденого шківа, стягиваемые пружиною. В результаті вони розсуваються, зменшуючи діаметр внутрішньої поверхні. При зниженні частоти обертання відбувається зворотний процес, як було описано вище. При холостий роботі двигуна диски ведучого шківа максимально розсунуті, тому ремінь лежить на його маточині, не пов'язаної з валом двигуна. Тому ремінь прослизає щодо дисків повільно обертового шківа, і крутний момент не передається.

Конструкція тороідного варіатора

Дещо іншу конструкцію має тороидная коробка передач CVT. Nissan використовував таку трансмісію на моделі Skyline і Gloria. Конструкція даного агрегату також включає ведений і ведучий співвісні диски, а для передачі моменту між ними шляхом тертя служать два проміжних ролика.

Принцип функціонування

Передаточне число варіюється шляхом зміни положення і радіусів роликів. При цьому в горизонтальному положенні ролика швидкість обертання дисків дорівнює, а при його повороті відрізняється. Тороидная CVT коробка передач "Ніссан" має два варіатора. Так як зусилля зосереджено в плямі контакту, ролик притискається до диска з силою до 3000 Нм. Отже, для подолання її при повороті ролика використовується особлива технологія. Прецизійний гідравлічний механізм під контролем електронного блоку управління переміщує обойми з роликами на мікроскопічне відстань, створюючи зсув відносно осі дисків, внаслідок чого подальший зсув відбувається самостійно. До того ж деталі складаються із сталі з особливими властивостями, і використовуються спеціальні масла.

Особливості

До теперішнього часу автомобілі з безступінчатим КПП зустрічаються досить часто. Це пояснюється тим, що їх використовують на масових вельми поширених моделях. Тому багато покупців цікавить коробка передач CVT: що це таке і чим вона краща. При цьому її порівнюють з МКПП і особливо з «автоматами». Це пояснюється тим, що експлуатаційні властивості її близькі до АКПП, тому нерідко в якості альтернативи їм розглядається CVT (коробка передач). Плюси та мінуси її наведено далі.

Переваги

Як і «автомати», такі КПП забезпечують зміну передавальних чисел без участі водія. Це є основною перевагою для користувачів перед МКПП. Однак на відміну від обох варіантів, за рахунок відсутності фіксованих положень даний процес відбувається більш плавно і швидко. До того ж за рахунок можливості утримання обертів двигуна на постійному оптимальному рівні у автомобілів з CVT нижче витрату палива і кількість викидів, краще розгін. З точки зору виробництва варіатори технологічні завдяки простій конструкції.

Недоліки

І все ж відносно рідко використовується CVT (коробка передач). Мінуси її полягають у тому, що такі агрегати можуть використовуватися лише з двигунами обмеженої потужності (зазвичай до 200 л. с. або трохи більше), а також вони дуже чутливі до умов експлуатації і обслуговування. Так, дані КПП не розраховані на тривалу роботу на граничних обертах і агресивний стиль водіння, внаслідок чого потенційно краще прискорення не вдається реалізувати. Не припустима і експлуатація на бездоріжжі. До того ж, незважаючи на відносно просту конструкцію, такі агрегати вимогливі до обслуговування, складні і дорогі в ремонті. Так, скорочена періодичність зміни масла і фільтрів в порівнянні з трансмісіями інших типів. Трудомісткість ремонту визначається, в тому числі складністю електронної системи управління, якої контролюється CVT (коробка передач). Плюси, наведені вище, для багатьох споживачів перекриваються даними недоліками. Більш того, проти таких КПП працюють ще два чинники. По-перше, з-за відносно невисокої популярності багато покупці ставляться до них з побоюванням, сумніваючись в надійності і доступності кваліфікованого обслуговування. По-друге, багатьох не влаштовує характер функціонування такої трансмісії, а саме монотонна робота двигуна на постійних обертах при розгоні. Зважаючи на це, деякі виробники забезпечили CVT імітацію ступеневої зміни передавальних чисел як в АКПП і МКПП.

Застосування

Як було згадано, на легкових автомобілях зазвичай зустрічається кліноременная або ланцюгова коробка передач CVT. Варіатор першого типу використовують на невеликих машинах, а більш важкі моделі оснащують варіаторами з ланцюговою передачею. Іноді зустрічаються й інші варіанти.

Обслуговування

Для більшості варіаторів заводський ресурс становить 150-200 тис. км пробігу. Однак потрібно враховувати, що кліноременним варіатори мають відносно невеликий термін служби ременя, зазвичай він становить до 50 тис. км пробігу. Заміна його може коштувати до 60 тис. рублів. Ланцюгові механізми більш довговічні. При цьому такі безступінчатий КПП дуже чутливі до якості масла. Будь-які варіатори вимагають спеціалізованого олії з маркуванням CVT, так як воно служить не тільки для змащування, але і для запобігання прослизання по шківах ланцюга або ременя та їх зносу. Заміну масла рекомендується здійснювати з періодичністю в 60-30 тис. км пробігу. Некоректне функціонування варіатора може викликати поломка електродвигуна, забезпечує переміщення дисків ведучого шківа. Його вартість — від 7 тис. грн. До того ж самі шківи не підлягають проточці, тому при наявності задирів їх доведеться міняти за 65-70 тис. рублів. Агресивна їзда також призводить до появи задирів на шківах з-за надмірного натягу ременя або ланцюга. Про їх наявність свідчать ривки на малій швидкості. З іншого боку, і при рівномірній швидкій їзді зношуються підшипники валів. До того ж можливе пошкодження варіатора при поломки датчика швидкості. Потрібно враховувати, що допустима буксирування автомобіля з варіатором лише з запущеним двигуном. Кросовери з варіаторами неприпустимо експлуатувати на бездоріжжі, так як навіть невеликі перешкоди можуть викликати пошкодження КПП. Нарешті, ймовірні проблеми з обслуговуванням й пошуком запчастин з-за рідкісності таких агрегатів. Тому перед придбанням автомобіля з варіатором необхідно ретельно вивчити: CVT (коробка передач) — що це таке. Відгуки автомобілістів рекомендують врахувати всі нюанси, описані вище.