Този ужасен CVT - митове и истина за безстепенните трансмисии
„Слушай, не е ли страшно да го вземеш с CVT?“ -питат през цялото време тези, които ще купуват употребяван Nissan Qashqai или, да речем, Audi A5. Те се страхуват от безстепенни трансмисии ... Честно ли е? Всичко зависи от конкретния тип кутия - има много "вариаторни опции".
Историята често е несправедлива към CVT.
През последните години CVT се превърнаха от екзотика в доста често срещан тип „автоматик“, особено при японските автомобили, като успяха да оцелеят в няколко кризи, да печелят и губят точки репутация и да претърпят няколко изключително значителни промени в дизайна. И сега в масовото производство ги има всички заедно. Обикновено въпросът „какво да избера“ не си струва да избирате видовете трансмисии на един модел на автомобила, няма максимум, който можете да избирате между ръчна скоростна кутия и CVT (редки изключения само потвърждават правилото), но този материал ще бъде полезен, за да разберете какво ще срещнете по време на работа.
Основен дизайн
Нека ви напомня, че същността на трансмисията CVT е доста проста. Предавателното отношение се променя плавно в определен диапазон, без стъпки, докато оборотите на двигателя могат да бъдат в оптималната зона за даден режим на движение, което повишава ефективността и подобрява тяговите възможности на машината. Това е на теория.
На практика различните дизайни могат да имат много недостатъци, понякога отричащи техните предимства. Има няколко начина за предаване на въртящия момент чрез плавна промяна на предавателното отношение. Най-простият и най-очевиден начин е да се предаде въртящ момент от ремък чрез ролки, чиито диаметри постоянно се променят. Конструкции от този вид са известни от древността - обикновен кожен колан може да се движи по конусовидна макара,предпазва от изплъзване от опъващата ролка.
В същото време диаметърът на втората шайба остава непроменен или, както в съвременния дизайн, шайбите са сложни и композитни, а коланът е просто захванат отстрани - от една страна, пружина вътре в шайбата, осигуряваща напрежение, а от друга, шайбата може да се регулира. Последният дизайн е най-близо до съществуващите автоматични трансмисии.
Стара версия
Братята Ван Дорн, част от индустриалната империя DAF, използваха проста схема с издърпващ мек ремък - но не кожен, а метален шнур - за своите автомобили. След закупуването на DAF от Volvo, те се опитаха да приложат схемата върху по-голям автомобил, Volvo 340, но не много успешно. Трансмисията се оказа много голяма, заемайки много място в багажника - колата имаше схема transexl, когато двигателят е разположен отпред, а скоростната кутия е на задния мост. Отворените ролки се замърсиха и ремъците се плъзнаха, опънаха и изгоряха. Опитът се счита за неуспешен.
Самият дизайн обаче не е изчезнал. Не е полезна за автомобили, тя спечели място под капака на скутери и моторни шейни, напълно съобразени с използването на тези превозни средства. Той се справяше добре с по-малък въртящ момент, евтин теглещ ремък можеше да се смени веднъж на сезон или дори по-често, тази проста операция не изискваше сериозни разходи, а лекото тегло и простотата му осигуриха най-широкото разпространение. Като цяло обичайната схема с дърпащ колан е жива и днес. Освен това тя се чувства много уверена, няма въпрос за замяна на сложни наборни колани или вериги.
Различни материали на колана
CVT, които са се вкоренили толкова успешно в моторните превозни средства, не са били използвани на машини от много години, но простотата и удобството на веригата не са далипочивка конструктори. Основните проблеми отдавна са идентифицирани - с добър динамичен диапазон на такава автоматична трансмисия, тя все още беше силно възпрепятствана от намаляване на ефективността при екстремни предавателни отношения (когато разликата между диаметрите на задвижващите и задвижваните ролки стана твърде голяма) и голямо натоварване на ремъка едновременно.
Изобретението на фирмата на братята Ван Дорн за наборна стоманена лента значително подобри позицията на вариатора. Конструкцията му се състоеше от няколко носещи стоманени колани и стоманени плочи със сложна форма, перпендикулярно нанизани върху тях, което направи възможно предаването на въртене от шайбите.
За потегляне беше осигурен обичайният фрикционен съединител (както при „механиката“), а за разширяване на динамичния диапазон и заден ход имаше и планетарна предавка, позната от класическите автоматични трансмисии. Първоначално вариаторите също бяха оборудвани с повишаващи скоростни кутии за намаляване на предавания въртящ момент, но серийните дизайни вече бяха малко по-прости.
Ресурсът на такива конструкции се е увеличил до доста приемливи 80-120 хиляди километра, но имаше достатъчно недостатъци. И на първо място, имаше липса на надеждност в работата. Схемата не получи много разпространение, тъй като по-нататъшното леко подобрение на схемата за работа на колана значително подобри характеристиките на предаването.
Основните недостатъци се отнасят до вибрациите и (все още) екстремните предавателни числа. При минимален диаметър на една от шайбите коланът върху него беше силно огънат и освен това се плъзна поради недостатъчна контактна площ. Всякакви дръпвания на сцеплението провокираха още повече приплъзване. Приплъзването бързо износи колана и шайбите. Вибрациите, произтичащи от подхлъзване по пътя, увредиха трансмисията и намалиха комфорта. В резултат на това дори такъв подобрен дизайн беше използван само намалки коли. Най-популярният от тях е Nissan Micra K11, който дебютира през 1992 г.
На снимката: Nissan Micra K11
Опция за теглене и преобразувател на въртящия момент
Преобразувателят на въртящия момент вместо фрикционния съединител и промяната в схемата на работа на колана помогнаха да се коригира ситуацията. „Поничката“, която беше включена при стартиране на колата, направи възможно избягването на сцепление и в същото време улесни стартирането. Това означава, че беше възможно да се ограничим до по-ниско предавателно отношение при потегляне и в същото време да намалим вероятността от подхлъзване поради смекчаване на трептенията на газотурбинния двигател.
Второто важно нововъведение е използването на т. нар. „колан за избутване“. В този случай въртящият момент се предаваше не върху клона на ремъка, който дърпаше задвижващата шайба, а върху този, който тя натискаше. Стоманените ленти, основата на колана, вече не бяха подложени на напрежение на опън и цялата сила се предаваше през пакета от плочи.
Тази иновация намали износването на колана и подобри условията на работа. И всички заедно позволиха използването на вариатора на много мощни двигатели. Първоначално 1,6-литровите двигатели бяха ограничението, но сега подобни конструкции вече се използват при двигатели от 2,5 или дори 3,5 литра. Например, така се използват най-често срещаните дизайни на Jatco CVT, използвани в много японски автомобили, например най-продаваните Nissan Qashqai и X-Trail, следвани от Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX ...
На снимката: вариатор Jatco jf011e
Пътят от първите дизайни, на пръв поглед, не е толкова голям ... Но всъщност през тези години имаше дълга усърдна работа за подобряване на вариатора на такава схема, което го направи много надежден, лесен за работа и ремонт, като същевременно поддържа сравнително евтин дизайн.
Вариации по тема
Схема с тласкащ колан на слабдвигателите могат да се използват и без газотурбинен двигател, което се демонстрира от доста добри дизайни на някои китайски автомобили. Един прост съединител е достатъчен, за да осигури желаната производителност, дори ако колите с опростени трансмисии не се движат толкова добре. Но цената е доста ниска, а дизайнът е дори по-прост от този на други "механики". Всъщност, един от първите успешни CVT с ремък на Subaru Justy е проектиран по този начин.
На снимката: Subaru Justy
Опция за верига
Използването на верига вместо колан изглежда много умна идея. За щастие, това е доказана опция, ролковата верига отдавна замени ремъчното задвижване, където възможностите на ремъка вече не бяха достатъчни, в същите мотоциклети или индустриални предавки. Така че във вариаторите веригата замени колана, когато изглеждаше, че дърпащият колан вече не може да се справи.
Разбира се, CVT нямат зъби за зацепване, така че тежката листова верига просто се затяга отстрани от ролките. Сериозни предимства са възможният по-малък радиус на кривина и по-голямата якост на натиск. Да, и разтягането на веригата зависи главно от износването на нейните лагери, което означава, че теоретично е възможно да се направи много находчиво, ограничено само от износването на контактните подложки.
В резултат на това CVT с верига може да бъде забележимо по-силен, по-малко се страхува от пикови натоварвания и ви позволява да разширите динамичния диапазон на трансмисията. Има и експериментални конструкции, при които една от шайбите е назъбена и напрежението се осигурява от допълнителна ролка, но в масовото производство все още доминира по-компактна схема с две подвижни шайби и предаване на въртящия момент чрез просто фрикционно зацепване.
Дизайнът на веригата за изтегляне е успешно внедрен от Volkswagen в сътрудничество с LuKза автомобили с надлъжен двигател в края на деветдесетте години и се използва до днес. Говорим за Multitronic CVT - те издържат на въртящ момент до 310 Nm. Използването на веригата направи възможно значително увеличаване на предавания въртящ момент и всички недостатъци на трансмисията се оказаха конструктивни и нямаха много общо със самата верига.
Освен ако ресурсът на веригата не се оказа сравнително малък, около 100 хиляди километра, но предвид относително ниската му цена и лекотата на подмяна, това може да се счита за напълно успешен резултат. Помощта при разработването на веригата и шайбите беше осигурена от LuK, който също предложи услугите си на Subaru, когато реши да създаде своя Lineatronic V-chain CVT.
Резултатът е впечатляващ, новата трансмисия "смила" въртящия момент на двулитров турбо двигател и в същото време може да бъде едновременно икономична и спортна. Не можеше да мине без GTD. Това не е първият опит с CVT за Subaru, те бяха едни от пионерите във въвеждането на CVT с ремък, пускайки своята ECVT версия за Justy през 1984 г., но изоставиха по-нататъшното развитие, въпреки че първият опит беше много успешен.
Вариации във формата на тор
Европейските производители поеха по пътя на роботизирани скоростни кутии с валове (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и др.), А японските компании, обединили усилията си, продължават да работят върху CVT. Следващата стъпка в развитието беше изоставянето на ремъка и веригата при предаването на въртящия момент в полза на фрикционните ролки.
Подобни конструкции са били използвани и преди, но фрикционна предавка със заострени валове и междинна ролка е твърде обемиста за използване в кола. Но на помощ дойде схема с тороидални повърхности, така нареченият "тороидален вариатор". В този случай въртенето се предава от капитанатороидален конус към задвижвания с помощта на междинна ролка.
Номерът на дизайна е, че разстоянието между точките на права линия, която пресича осите на въртене на междинната ролка и тороидалните повърхности, е винаги еднакво. Това означава, че не е необходима верига - едната ролка се върти, като единият ръб докосва малкия радиус на конуса, а другият - с големия, осигуряващ промяна на предавателното отношение. Няма верига или колан, докато размерът на контактната точка е малък, но постоянен, контактните повърхности могат да бъдат направени от твърди материали и могат да се използват няколко ролки за увеличаване на контактната площ.