Вариаторная трансмиссия CVT: коробка передач вариатор

Надежность CVT X-Tronic

Мнения о надежности трансмиссий на базе X-Tronic сильно разнятся. Главная причина тому – первые модели вариаторов, созданные 10-12 лет назад. Как и все новое, эти CVT не отличались высокой надежностью, пользователи не знали особенностей правильной эксплуатации таких трансмиссий. В результате они выходили из строя при пробеге автомобиля и через 50 тысяч км, и даже 30 тысяч км. Все это не повышало популярность CVT. Однако инженеры фирмы JATCO без устали проводили модернизацию коробок, применяли новые идеи и материалы, вели разъяснительную работу в плане понимания водителями особенностей эксплуатации таких трансмиссий. Все это дало положительные результаты и теперь CVT X-Tronic получил признание как механизм высокой надежности, обеспечивающий максимальный комфорт для своих пользователей. Правильная эксплуатация, своевременное техническое обслуживание позволило вариаторам X-Tronic CVT обрести надежность не меньшую, чем у их конкурентов – гидромеханических коробок автоматов.

Вариатор или бесступенчатая коробка передач

Вариатор или CVT (Continuously Variable Transmission) существенно отличается по своему устройству не только от гидромеханического “автомата”, но и любой другой коробки передач. Одна из его ключевых особенностей является отсутствие фиксированных передач. Вместо этого есть диапазон, в котором находится плавно изменяемое передаточное число.

Вариатор устроен совершенно иначе, нежели механическая КП, преселективная роботизированная коробка передач с двумя сцеплениями или классический “автомат” ввиду применения в нем двух шкивов. Роль передачи может играть как металлический ремень, так и цепь, передающая усилия между ведущим валом от двигателя к ведомому валу, идущему к колесам. Передаточное число меняется благодаря изменению диаметра валов. Другими словами, когда ведущий шкив “разведен”, ремень охватывает малый диаметр и получается своего рода высшая передача. Когда шкив сведен, ремень охватывает большой диаметр, что соответствует максимальному передаточному числу или движению на первой передаче.

Жесткая связь по передаче крутящего момента от двигателя к колесам – усилие передается механически, а не посредством давления масла – позволяет получить высокий КПД. При этом на практике вариатор работает довольно специфично – при разгоне стрелка тахометра “подвисает” на высоких оборотах и автомобиль плавно ускоряется под монотонный гул двигателя. Нередко эта особенность вызывает раздражение у пользователей, поэтому некоторые производители используют коробки передач с запрограммированными передачами, имитирующими работу обычной АКП.

ВКПП (CVT)

Вариатор в отличие от автомата и робота плавно передает крутящий момент от мотора к колесам. Вариатор в технической документации обозначается как «CVT». Эта аббревиатура расшифровывается следующим образом «Continuously Variable Transmission». На русский переводится: «трансмиссия постоянно изменяющая передаточное отношение».

Чем отличаются вариаторы от автоматов — максимальным использованием мощности автомашины и малым расходом бензина.

Вариаторы бывают:

• клиноременные;
• клиноцепные.

CVT клиноременной

Это самый распространенный вариатор. Он состоит из ремня. Последний натягивается между двумя шкивами и гидротрансформатором. Работает посредством изменения углов контакта шкивов и ремня. А гидротрансформатор увеличивает крутящий момент мотора автомашины в несколько раз.

Используется на автомашинах следующих моделей:

• Ниссан Кашкай;
• Ниссан Икс-трэйл;
• Рено Каптур.

CVT клиноцепной

Клиноцепной вариатор обладает той же технологией, что и клиноременной. Только ремень заменен цепью.

А вместо гидротрансформатора на многие модели автомашин ставится двухмассовый маховик.

Используется вариатор клиноцепной на следующих моделях:

• Ауди А 6;
• Субару Форестер.

Плюсы и изъяны вариатора

Полезные качества у CVT	Недостатки CVT
мгновенно разгоняется; автомашина не катится в обратную сторону на склоне, как на роботизированой КПП; отсутствие переключений; простой и дешевый.	лимит передачи крутящего момента; ограниченный ресурс ремня.

Вариаторы ходят 150 000 км. В этот момент можно быстро разочароваться, но известны случаи, что коробка служила по 300 000 км. Разница зависит от отношения автовладельца к своей машине: регулярность техобслуживания, манера езды, соблюдение правил эксплуатации.

Вариатор Jatco JF016E (X-tronic CVT-8 RE0F10D)

Вариатор Jatco JF016E пришел на смену популярному JF011E в 2012 году и за три года вытеснил тот со всех моделей, включая Renault Clio (2012-2013), Fluence (с 2014), Koleos (с 2014).

Эта модель относится уже к третьему поколению CVT, наряду с вариаторами JF017E, JF018E, JF019E, JF020E.

Главное конструктивное отличие новой Джатко — теперь водитель может сам через пару подрулевых рычагов переключать виртуальные передачи. Кроме того, масляный насос сделали компактнее и мощнее, число клапанов в блоке управления сократилось с 12 до 8, маловязкое масло внутри сократило трение, а силовой диапазон вариатора расширился с 6 до 7 единиц.

Требования к эсплуатации прежние: прогрев в холода и никаких экстремальных и внедорожных покатушек. Вариатор не выживет после длительного буксования и езды на сцепке. Масло нужно менять раз в 60 тысяч. Ресурс при хорошем обслуживании составит порядка 200 тысяч.

Среди поломок вариатора RE0F10D выделяют износ фрикциона гидромуфты, что проявляется резкими толчками и рывками при переключениях, а также малый ресурс гидроблока, характерный для вариатора первых лет выпуска. Гул и вибрации — признак износа недолговечных подшипников. Отдельные владельцы жалуются на небольшой неприятный толчок в начале движения, вибрации и дергания во время переключений и замерзание коробки при длительных поездках в холода.

В то же время, найти подержанную RE0F10D для замены или детали для ее ремонта не составляет труда, из-за широкого распространения коробки.

Основные особенности CVT

Первые автомобили с коробкой такого типа появились достаточно давно, более 50 лет назад. Но, активное применение началось относительно недавно. CVT- имеет одну, весьма важную, особенность: такая коробка позволяет осуществлять плавное переключение передач при помощи вращения ведомого и ведущего вала.

Вариаторная коробка передач относится к классу бесступенчатых, и ограничения количества передач не имеет. Начало движения на автомобиле с таким агрегатом, отличается более плавным ходом, по сравнению с коробкой автомат. Нет ощущения «провала», набор скорости происходит в разы быстрее, единственное что присутствует-немного повышенный шум под капотом.

CVT-находка для водителей-новичков. Благодаря особенностям конструкции, автомобиль с таким узлом не даст заглохнуть на светофоре или покатиться вниз на уклоне дороги. В классическом представлении агрегат представлен наличием двух раздвижных шкивов, которые имеют соединение в виде клиновидного ремня.

CVT представляет собой комплекс по взаимодействию следующих деталей:

1. Шкивы раздвижного типа, которые приводятся в действие при помощи команды гидроцилиндра, расположены на одном валу.
2. Клиновидный ремень, который имеет вид стальной ленты, с разнообразными пластинами.
3. Гидротрансфрматор, который предназначен для передачи крутящего момента и плавного начала движения автомобиля.
4. Дифференциал, который осуществляет синхронное распределение вращения на колеса.
5. Приспособление, для предоставления возможности движения задним ходом (задней скорости), осуществляет движение вторичного вала.
6. Насос гидравлического типа, который создает запуск рабочей жидкости.
7. Микропроцессорное устройство, которое отслеживает работу по датчикам.

CVT могут быть не только с приводом ременного формата, но и с цепным. Чаще всего цепные коробки можно встретить на автомобилях AUDI. Агрегаты такого типа достаточно прочные и выдерживают большие нагрузки.

Что лучше: автомат или вариатор

Однозначного вывода о том, какой тип трансмиссии лучше, сделать нельзя. АКПП и вариатор значительно различаются и в целом предназначены для различного типа автомобилей. Вариатор подходит для спокойного вождения, автомат более универсален. Он также достаточно комфортабелен, но позволяет ездить в спортивных режимах, буксировать прицепы, передвигаться по легкому бездорожью и т. д.

У обоих видов трансмиссий есть свои поклонники, и их аргументы звучат достаточно убедительно. Можно сказать, что для современного уровня технологий вариатор и коробка-автомат практически равны в своих преимуществах. Однако это относится только к АКПП с количеством передач не меньше 6 — старые добрые 4-ступенчатые автоматы уже значительно проигрывают современным вариаторам.

В целом сейчас на рынке установилось равновесие — вариаторы заняли свою нишу в виде семейных автомобилей и кроссоверов. Классические коробки-автомат хоть и уступили отдельный сегмент рынка вариаторам, прочно удерживают свою нишу, особенно в доле дорогих и спортивных автомобилей. Изменить ситуацию может дальнейшее совершенствование вариаторов — повышение надежности, увеличение ресурса и наделение способностью «переваривать» большой крутящий момент сделает их безусловным лидером среди различных видов трансмиссий.

Устройство и принцип работы вариатора

Вопросы о том, каково устройство вариатора и каков принцип его работы, будут разобраны подробнее. Но сначала необходимо обозначить, каковы основные элементы конструкции.

Основные компоненты

В состав вариаторной трансмиссии входят ведущий и ведомый шкивы, соединяющий их ремень (цепь или ролик), система управления. Шкивы расположены на валах и выглядят как две половинки конической формы, обращенные друг другу вершинами конусов. Особенность конусов состоит в том, что они могут сходиться и расходиться в заданном диапазоне. Точнее, двигается один конус, а другой остается неподвижным. Движение шкивов на валах контролируется системой управления, которая получает данные от бортового компьютера автомобиля.

Также основными компонентами CVT являются:

• гидротрансформатор (отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на первичный вал трансмиссии);
• гидроблок (подает масло к вращающимся шкивам);
• фильтры для защиты от выработки металла и отложений;
• радиаторы (отводят тепло от коробки);
• планетарный механизм, обеспечивающий реверсное движение авто.

Клиноременный вариатор

Клиноременной вариатор представлен двумя сдвигающимися и раздвигающимися шкивами, соединенными металлическим ремнем. За счет уменьшения диаметра ведущего шкива происходит одновременное увеличение диаметра ведомого, что свидетельствует о понижающей передаче. Увеличение диаметра ведущего шкива дает повышающую передачу.

Изменение давления рабочей жидкости влияет на перемещение конуса ведущего шкива. Ведомый шкив меняет диаметр благодаря натянутому ремню и возвратной пружине. Даже незначительное изменение давления в трансмиссии сказывается на передаточном отношении.

Устройство ремня

Ремень CVT в форме ленты состоит из металлических тросов или полос. Их количество может доходить до 12 штук. Полосы находятся друг над другом и скрепляются между собой при помощи стальных скоб. Сложная форма скоб позволяет не только скрепить полосы, но и обеспечить необходимый для работы трансмиссии контакт со шкивами.

Защита от быстрого износа обеспечивается покрытием. Оно же не дает ремню проскальзывать по шкивам во время работы. В современных автомобилях нерентабельно применять кожаные или силиконовые ремни по причине малого ресурса детали.

Клиноцепной вариатор

Клиноцепной вариатор похож на клиноременной, только роль передатчика между ведущим и ведомым валами играет цепь. За передачу крутящего момента отвечает торец цепи, который касается конической поверхности шкивов.

Принцип его работы точно такой же, как у трансмиссии с ременной передачей.

Устройство цепи

Цепь состоит из металлических пластин, каждая из которых имеет соединительные ушки. За счет подвижного соединения между собой пластины в конструкции цепи обеспечивают гибкость и сохраняют крутящий момент на заданном уровне. За счет расположенных в шахматном порядке звеньев цепь имеет высокую прочность.

Усилие на разрыв у цепи выше, чем у ремня. Пластины с ушками изготавливают из сплавов, противостоящих быстрому износу. Замыкаются они при помощи вкладышей, форма которых является полуцилиндрической. Конструктивная особенность цепей – они могут растягиваться. Этот факт сказывается на работе бесступенчатой трансмиссии, поэтому требует пристального внимания во время проведения планового ТО.

Тороидальный вариатор

Тороидальный тип коробки передач CVT встречается реже. Примечательная особенность устройства состоит в том, что вместо ремня или цепи здесь используются вращающиеся ролики (вокруг своей оси, маятниковыми движениями от ведущего шкива к ведомому).

Принцип работы заключается в одновременном передвижении роликов по поверхности половинок шкивов. Поверхность половинок имеют форму тороида, откуда и название трансмиссии. Если контакт с ведущим диском реализуется на линии наибольшего радиуса, то точка контакта с ведомым диском будет лежать на линии наименьшего радиуса. Такое положение отвечает режиму повышающей передачи крутящего момента. При перемещении роликов к ведомому валу происходит понижение передачи.

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:

1. Возможность набирать и снижать скорость без переключения режимов.
2. Плавность передвижения автомобиля при изменении скоростей вариатора.
3. Стабильность показателей мощности, вне зависимости от скорости машины.
4. Существенная экономия топлива.
5. Чуткая реакция электронной системы вариатора на изменения характера дороги (движение по скользкой дороге, на подъем, под уклон).
6. Отсутствие вынужденного замедления (авто не снижает скорость даже при преодолении подъемов).
7. Минимальные потери мощности вариатора, в сравнении с АКПП.
8. Отличная динамика разгона.
9. Стабильность оборотов двигателя.
10. Меньшие выбросы вредных веществ.
11. 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.

Гидротрансформатор – второй по популярности вид КПП

Традиционная автоматическая коробка передач работает по технологии гидротрансформатора. Это узел, который переключает передачи планетарного типа, а сам гидротрансформатор выполняет задачи сцепления. Сложная система позволяет не только автоматически переключать передачи, но и делать это максимально безопасно. Масла в таких трансмиссиях менять нужно чаще, и это определенный минус, но в целом они демонстрируют отличную службу и легко затмят даже ресурс многих механических коробок.

Среди преимуществ стоит отметить такие особенности:

1. Ресурс. Машина с классической АКПП прекрасно работает и не требует ремонта. Ресурс многих узлов превышает 500 000 км, но это возможно только при регулярном и качественном обслуживании узла, использовании качественного масла.
2. Комфорт. Передачи переключаются практически незаметно, КПП работает максимально тихо и не мешает наслаждаться поездкой. Такие узлы имеют классическую конструкцию, но это не мешает им конкурировать по многим параметрам с новыми изобретениями.
3. Простота системы. Устройство имеет простые технологии, которые не ломаются и не подводят в сложных условиях. Даже экстремальные обороты техника выдерживает без лишних проблем. Обычно количество передач 4 или 6, бывают и 8-, 9-ступенчатые коробки.
4. Ремонтопригодность. Это самый главный аспект для покупателя б/у автомобиля или для владельца, который планирует длительный срок использовать один автомобиль. Ремонт гидротрансформатора будет стоить дешевле, чем многих других видов коробок передач автоматического типа.

Традиционные автоматы – важный этап развития автомобилестроения, но сегодня они уходят в забвение. Понемногу производители отказывают от установки таких узлов по двум причинам. Первая – повышение расхода, что ведет за собой ухудшение экологических норм автомобиля. Вторая – дороговизна конструкции. Произвести автомобиль с роботом или вариатором стоит гораздо дешевле, поэтому современные модели нацелены именно на эти формы автоматических коробок, а никак не на старые надежные технологии.

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.

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.

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.