Вариатор

Вариатор (обиходное название – вариаторная коробка передач) является бесступенчатой коробкой передач, т.е. обеспечивает в заданном диапазоне плавное изменение передаточного числа. Основное преимущества вариатора по сравнению с другими коробками заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается высокая топливная экономичность.Вариаторная коробка передач имеет общепризнанное название (аббревиатуру) CVT – Continuously Variable Transmission (в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия). Ввиду ограничений по мощности вариаторы на сегодняшний день применяются только на легковых автомобилях, правда диапазон их использования вследствие технического прогресса постоянно расширяется. Вариаторная коробка передач имеет следующее общее устройство: механизм, обеспечивающий разъединение коробки передач от двигателя (нейтральное положение коробки передач); собственно вариатор (вариаторная передача); механизм, обеспечивающий движение задним ходом; система управления. Для разъединения вариатора от двигателя использоваться следующие механизмы: центробежное автоматическое сцепление (вариатор Transmatic); электромагнитное сцепление с электронным управлением (вариатор Hyper на автомобилях Nissan); многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением (вариатор Multitronic на автомобилях Audi, вариаторы на автомобилях Honda); гидротрансформатор (вариатор Ecotronic на автомобилях Ford, вариатор Extroid на автомобилях Nissan, вариатор Lineartronic на автомобилях Subaru). Из всего многообразия различных видов вариаторов на автомобилях нашли применение только два вида: клиноременный вариатор; тороидный вариатор.

Клиноременный вариатор состоит из одной или двух ременных передач. Передача включает два шкива, соединенные клиновидным ремнем. Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая тем самым изменение диаметра шкива. Ремень изготавливается из металлических пластин конической формы. Передача вращения осуществляется за счет сил трения между шкивами и боковой поверхностью клиновидного ремня. На вариаторах Multiironic, Lineartronic вместо ремня применена металлическая цепь. Такие вариаторы имеют название клиноцепной вариатор. Принцип работы клиноременного вариатора заключается в согласованном изменении диаметров шкивов в зависимости от режимов работы двигателя. Диаметр шкива изменяется с помощью специального привода. В начале движения автомобиля ведущий шкив вариатора имеет наименьший диаметр (конические диски максимально разжаты). Ведомый диск при этом имеет максимальный диаметр (конические диски максимально сжаты). При увеличении числа оборотов двигателя диаметр ведущего шкива увеличивается, а ведомого – уменьшается, соответственно и уменьшается передаточное число. При дальнейшем разгоне вариатор поддерживает оптимальные обороты двигателя, при которых реализуется максимальная мощность и обеспечивается наилучшая динамика автомобиля.

Тороидный вариатор включает два соосных вала со сферической (тороидной) поверхностью, между которыми зажаты ролики. Изменение передаточного числа в тороидном вариаторе производится за счет изменения положения роликов, а передача крутящего момента за счет сил трения между рабочими поверхностями колес и роликов. Самым известным тороидным вариатором является вариатор Extroid, устанавливаемый на автомобили фирмы Nissan. В силу особенностей конструкции вариаторная передача не может обеспечить реверсивного движения. Для осуществления движения задним ходом в коробке передач применяются дополнительные механизмы. В качестве такого механизма обычно выступает планетарный редуктор. Устройство и принцип работы планетарного редуктора изложены на странице Автоматическая коробка передач. На вариаторной коробке передач применяется, как правило, электронная система управления, которая выполняет следующие функции: осуществление синхронного изменения диаметра шкивов вариатора в соответствии с режимами работы двигателя; управление сцеплением; обеспечение работы планетарного редуктора. Непосредственное управление вариатором производится с помощью рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам автоматической коробки передач. В вариаторной коробке передач может быть реализована функция выбора фиксированных передаточных отношений (аналогичная функции Tiptronic). Данная функция решает в основном психологическую проблему, связанную с использованием вариатора на автомобиле, а именно - негативное восприятие водителем постоянной частоты вращения двигателя при разгоне.

Коробка передач Мультитроник (Multitronic)

Коробка передач Мультитроник (торговая марка Multitronic) является самой совершенной на сегодняшний день бесступенчатой коробкой передач. Применение данной коробки обеспечивает максимальную динамичность автомобиля, высокую топливную экономичность двигателя и комфорт в управлении транспортным средством. Благодаря высоким потребительским качествам вариаторная коробка передач устанавливается на автомобили премиум-класса Audi (модели А4, А5 и А6).Коробка передач Мультитроник имеет следующее устройство: многодисковое мокрое сцепление; планетарный механизм; промежуточная передача; вариатор (вариаторная передача); главная передача; дифференциал; система управления коробкой передач; картер коробки передач.

1-маховик с демпфером крутильных колебаний; 2-фрикцион заднего хода; 3-промежуточная передача; 4-вариатор; 5-электронный блок управления; 6-гидравлический блок управления; 7-фрикцион переднего хода; 8-планетарный механизм;

Функцию разъединения двигателя от коробки передач в системе Multitronic выполняют два мокрых (работающих в масле) многодисковых сцепления. Сцепления представляют собой многодисковые фрикционные муфты – фрикционы: фрикцион переднего хода и фрикцион заднего хода. Конструкция фрикционных муфт аналогична муфтам, применяемым для переключения передач в АКПП. В коробке передач предусмотрено принудительное охлаждение фрикционов отдельным потоком рабочей жидкости. Фрикционные муфты имеют существенные преимущества по сравнению с гидротрансформатором, выполняющим аналогичную функцию. Они обладают меньшей массой, компактны и проще в управлении. Планетарный механизм используется только для движения задним ходом. При движении автомобиля вперед происходит блокировка редуктора фрикционом переднего хода. При движении назад – фрикцион заднего хода блокирует коронную шестерню редуктора на корпус коробки передач, вследствие чего планетарный редуктор движется в противоположную сторону. Скорость движения задним ходом ограничивается системой управления. Вариатор обеспечивает плавное изменение передаточного числа. Он состоит из следующих конструктивных элементов: ведущий шкив; ведомый шкив; цепь. Каждый из шкивов представляют собой два диска с конической поверхностью. Ведущий диск соединяется с коленчатым валом двигателя через промежуточную передачу. С ведомого диска крутящий момент направляется на главную передачу. Один из дисков на каждом шкиве подвижен. Это позволяет в процессе работы изменять диаметр шкива. В вариаторе Мультитроник впервые применена металлическая цепь. Данное техническое решение позволило значительно расширить диапазон передаточных чисел за счет уменьшения поверхности соприкосновения цепи со шкивом (в сравнении с клиновидным ремнем). Снижение шума при работе металлической цепи достигнуто путем использования звеньев различного размера. Привод каждого из шкивов состоит из двух гидроцилиндров – прижимного и регулировочного. Прижимной гидроцилиндр непосредственно прижимает цепь к дискам шкива. Регулировочный гидроцилиндр обеспечивает изменение диаметра шкива, т.е. регулирует передаточное отношение. Сила, с которой диски прижимаются к цепи, контролируется датчиком крутящего момента. Датчик установлен на ведущем диске. Так как вариатор Multitronic устанавливается на переднеприводные автомобили, в конструкцию коробки передач включены главная передача и дифференциал. Система управления коробкой передач включает следующие элементы: гидравлический блок управления; входные датчики; электронный блок управления. Гидравлический блок управления осуществляет непосредственное управление фрикционами переднего и заднего хода, прижимными и регулировочными цилиндрами, регулирует давление рабочей жидкости в системе, а также производит охлаждение фрикционов. В гидравлическом блоке имеются: золотник ручного управления; гидравлические клапаны; электромагнитные клапаны управления давлением. Циркуляцию рабочей жидкости в системе обеспечивает масляный насос шестеренного типа, который имеет привод от первичного вала. Для охлаждения фрикционов применяется эжекционный насос, действие которого основано на подаче рабочей жидкости за счет разряжения. Охлаждение рабочей жидкости производится в масляно-водяном теплообменнике, включенном в систему охлаждения двигателя. К входным датчикам системы управления коробкой передач относятся: датчик положения рычага селектора; датчик числа оборотов на входе коробки передач; датчик числа оборотов на выходе коробки передач; датчик температуры рабочей жидкости; датчик давления рабочей жидкости. Электронный блок управления служит для выбора оптимального передаточного отношения в соответствии с условиями движения и желаниями водителя. На основании сигналов датчиков электронный блок управления вычисляет величину давления рабочей жидкости и реализует это давление путем воздействия на электромагнитные клапаны. Блок управления установлен непосредственно на коробке передач. Коробка передач Мультитроник имеет механическую связь с рычагом селектора. Режимы управления коробкой передач аналогичны режимам АКПП. В данной коробке реализован режим «Кик-Даун» (Kick-Down), предполагающий быстрое ускорение автомобиля. Используется функция выбора фиксированных передач Типтроник (Tiptronic).

Функция автоматической коробки передач Типтроник (Tiptronic)

Типтроник (Tiptronic) является запатентованным торговым названием функции (режима) ручного переключения передач, реализуемой в автоматической коробке передач. Помимо потребительских качеств, данная функция позволяет контролировать динамику автомобиля при определенных режимах работы двигателя (торможение двигателем и др.), чего не может обеспечить автоматическая коробка передач. Функция Tiptronic применяется на автоматических коробках передач, устанавливаемых на автомобили концерна Volkswagen (VW, Audi, Skoda, Seat, Porshe), а также на роботизированных коробках передач DSG, S-Tronic и вариаторе Multitronic. Вместе с тем, название Типтроник, благодаря широкому распространению ручного режима на автоматических коробках передач, стало нарицательным. В ряде источников информации Tiptronic (по аналогии с другими «трониками») представляют отдельной конструкцией автоматической коробки передач, что по сути неверно. Типтроник является только функцией АКПП. Аналогичная функция под названием Стептроник (Steptronic) реализуется на автомобилях BMW. Режим Tiptronic осуществляется посредством рычага селектора автоматической коробки передач. Для этого в кулисе селектора предусмотрен специальный вырез со знаками «+» и «-». В ряде комплектаций автомобилей на рулевом колесе устанавливаются переключатели передач (т.н. подрулевые «лепестки»). Функция реализуется с помощью специальной программы, заложенной в электронный блок управления коробкой передач. Работу системы Типтроник обеспечивают следующие устройства: датчики в селекторе коробки передач; переключатели на рулевом колесе. В селекторе коробки передач может устанавливаться от одного до трех (в зависимости от конструкции) датчиков: один – для включения режима, другой – для переключения на высшую передачу и третий – для переключения на низшую передачу. Сигналы от датчиков и переключателей передаются в электронный блок управления, где запускается соответствующая программа. Блок управления, в свою очередь, дает команды на переключения передач. При нажатии на подрулевые «лепестки» система управления переводит коробку в ручной режим, миную переключение рычага селектора. После использования переключателей по истечении определенного времени система управления самостоятельно переводит коробку в автоматический режим. На коробке передач Multitronic функция Tiptronic осуществляется за счет программирования фиксированных передаточных чисел в вариаторе.