Коробка передач CVT - что это такое и как она работает?

Чаще всего на легковых автомобилях встречаются механическая и автоматическая коробки передач. Однако помимо них существует и бесступенчатая трансмиссия. Иногда ее относят к АКПП, так как в обоих вариантах смена передаточного числа происходит без участия водителя. Однако конструкция и принцип функционирования значительно отличаются, поэтому обычно автоматические и бесступенчатые КПП разделяют. Далее рассмотрена коробка передач CVT: что это такое, как работает, где применяется и как эксплуатируется.

Определение

Данная аббревиатура произошла от английского названия такой КПП, которое можно перевести как «трансмиссия с постоянно изменяющимся передаточным числом». Следовательно, бесступенчатая коробка передач представляет собой трансмиссию, плавно меняющую коэффициент передачи крутящего момента во всем рабочем диапазоне. Однако нужно учитывать, что аббревиатуру CVT используют лишь для одного из типов таких КПП.

Классификация

Далее будет рассмотрена коробка передач CVT: что это такое с точки зрения конструкции и принципа функционирования. На основе данного критерия рассматриваемые агрегаты подразделяют на пять типов.

Электрическая передача. В таких механизмах основной двигатель приводит генератор, а колеса вращают электромоторы.

Гидрообъемная передача. Двигатель вращает гидронасос, подающий в приводящие колеса масло.

Гидродинамическая передача (гидротрансформатор). Данное устройство представляет собой механизм, состоящий из двух колес с лопатками, создающих поток масла. Не используется в качестве коробки передач, а является компонентом АКПП и вариаторов, где служит для преобразования крутящего момента от двигателя.

Механическая передача (вариатор). В данном случае передача момента происходит путем трения через промежуточное тело, которое может быть представлено шариком, ремнем либо роликом. Изменение передаточного отношения осуществляется перемещением данного тела в любую точку радиуса ведомого либо ведущего колеса. Именно такой агрегат называется CVT (коробка передач). Что это такое более подробно рассмотрено далее, так как данные агрегаты чаще всего применяют на легковых автомобилях.

Комбинированная трансмиссия. Предусматривает бесступенчатую передачу лишь небольшого момента, в то время как основная его часть передается через механические передачи.

Вариатор

Как было отмечено, среди рассмотренных типов бесступенчатых трансмиссий наиболее обширное распространение на легковых автомобилях обрела вариаторная коробка передач CVT. Что это такое, более подробно рассмотрено ниже.

Прежде всего следует отметить, что по технологии передачи крутящего момента такие коробки передач классифицируют на вариаторы зацепления и фрикционные. К первому типу принадлежат лишь цепные механизмы, а второй включает конусные роликовые и ременные, торовые, многодисковые, шаровые, волновые, лобовые, клиноременные вариаторы. На легковых автомобилях наиболее часто встречается клиноременная и цепная CVT (коробка передач). Что это такое, описано далее.

Для обеспечения заднего хода на большинстве автомобилей, оснащенных вариатором, с ним сблокирована планетарная передача.

Устройство клиноременных и цепных вариаторов

Большинство КПП данной конструкции имеет одну или две клиноременные передачи. В таком агрегате присутствуют ведомый и ведущий шкивы. Первый из них связан с коленчатым валом, с которым связана коробка. Передача CVT вариатора крутящего момента от двигателя происходит через него. Второй шкив передает момент к колесам.

Один из шкивов или оба имеют раздвижные боковины (диски). Зазор между ними в простейшем варианте определяется центробежным регулятором, хотя иногда применяют нагрузочные муфты. Диски выполнены в форме конусов и направлены остриями друг к другу.

Для привода дисков ведущего шкива служит электронная система, включающая датчики, сервоприводы и блок управления.

Ременные и цепные варианты аналогичны по принципу функционирования. Отличие состоит в конструкции и материале самого натяжного элемента. Ремни могут состоять из резины либо из металлических звеньев и армированы стальной проволокой для предотвращения растягивания. В любом случае цепь либо ремень пролегает в желобе между дисками шкивов. Отличие цепных механизмов состоит в том, что цепь размещена в масляной ванне.

Для начала движения применяют гидротрансформатор, блокируемый после этого, либо обычное сцепление.

Принцип функционирования

Независимо от конструктивных особенностей вариаторов названных выше типов, принцип их работы идентичен.

Передаточное число, определяемое диаметром внутренней поверхности шкивов, варьируется путем изменения расстояния между коническими дисками. Так, при возрастании частоты вращения двигателя у ведущего шкива боковины сдвигаются. При этом, так как происходит сближение конусов, диаметр желоба шкива возрастает. Таким образом, уменьшается коэффициент передачи, и увеличивается посадочный диаметр шкива. То есть, с увеличением ведущего шкива и уменьшением ведомого скорость вращения цепи или ремня повышается и получается повышенная передача. Следовательно, для понижения передаточного числа нужно снизить скорость вращения, увеличив диаметр ведомого шкива и раздвинув диски на ведущем. При этом для сохранения натяжения ремня либо цепи происходит равномерное изменение диаметров шкивов. То есть, когда происходит сближение дисков на одном из них, на втором они отодвигаются. Таким образом достигается плавное, бесступенчатое изменение передаточного числа.

Для автоматической регулировки диаметра ведущего шкива служит центробежный регулятор, встроенный в ступицу. При раскручивании шкива грузики перемещаются центробежной силой к его периферии, давя на боковины. Под действием этого они сужаются, увеличивая диаметр внутренней поверхности. При этом ремень начинает давить изнутри на диски ведомого шкива, стягиваемые пружиной. В результате они раздвигаются, уменьшая диаметр внутренней поверхности. При снижении частоты вращения происходит обратный процесс, как было описано выше.

При холостой работе двигателя диски ведущего шкива максимально раздвинуты, поэтому ремень лежит на его ступице, не связанной с валом двигателя. Поэтому ремень проскальзывает относительно дисков медленно вращающегося шкива, и крутящий момент не передается.

Конструкция тороидного вариатора

Немного иную конструкцию имеет тороидная коробка передач CVT. Nissan использовал такую трансмиссию на моделях Skyline и Gloria. Конструкция данного агрегата также включает ведомый и ведущий соосные диски, а для передачи момента между ними путем трения служат два промежуточных ролика.

Принцип функционирования

Передаточное число варьируется путем изменения положения и радиусов роликов. При этом в горизонтальном положении ролика скорость вращения дисков равна, а при его повороте отличается. Тороидная CVT коробка передач "Ниссан" имеет два вариатора.

Так как усилие сосредоточено в пятне контакта, ролик прижимается к диску с силой до 3000 Нм. Следовательно, для преодоления ее при повороте ролика используется особая технология. Прецизионный гидравлический механизм под контролем электронного блока управления перемещает обоймы с роликами на микроскопическое расстояние, создавая сдвиг относительно оси дисков, вследствие чего дальнейшее смещение происходит самостоятельно. К тому же детали состоят из стали с особыми свойствами, и используются специальные масла.

Особенности

К настоящему времени автомобили с бесступенчатой КПП встречаются весьма нередко. Это объясняется тем, что их используют на массовых весьма распространенных моделях. Поэтому многие покупателей интересует коробка передач CVT: что это такое и чем она лучше. При этом ее сравнивают с МКПП и особенно с «автоматами». Это объясняется тем, что эксплуатационные свойства ее близки к АКПП, поэтому нередко в качестве альтернативы им рассматривается CVT (коробка передач). Плюсы и минусы ее приведены далее.

Достоинства

Как и «автоматы», такие КПП обеспечивают смену передаточных чисел без участия водителя. Это является основным преимуществом для пользователей перед МКПП. Однако в отличие от обоих вариантов, за счет отсутствия фиксированных положений данный процесс происходит более плавно и быстро. К тому же за счет возможности удержания оборотов двигателя на постоянном оптимальном уровне у автомобилей с CVT ниже расход топлива и количество выбросов, лучше разгон. С точки зрения производства вариаторы технологичны благодаря простой конструкции.

Недостатки

И все же относительно редко используется CVT (коробка передач). Минусы ее состоят в том, что такие агрегаты могут использоваться лишь с двигателями ограниченной мощности (обычно до 200 л. с. или чуть более), а также они очень чувствительны к условиям эксплуатации и обслуживания. Так, данные КПП не рассчитаны на длительную работу на предельных оборотах и агрессивный стиль вождения, вследствие чего потенциально лучшее ускорение не удается реализовать. Не допустима и эксплуатация на бездорожье. К тому же, несмотря на относительно простую конструкцию, такие агрегаты требовательны к обслуживанию, сложны и дороги в ремонте. Так, сокращена периодичность смены масла и фильтров в сравнении с трансмиссиями прочих типов. Трудоемкость ремонта определяется, в том числе сложностью электронной системы управления, которой контролируется CVT (коробка передач). Плюсы, приведенные выше, для многих потребителей перекрываются данными недостатками. Более того, против таких КПП работают еще два фактора. Во-первых, из-за относительно невысокой популярности многие покупатели относятся к ним с опаской, сомневаясь в надежности и доступности квалифицированного обслуживания. Во-вторых, многих не устраивает характер функционирования такой трансмиссии, а именно монотонная работа двигателя на постоянных оборотах при разгоне. Ввиду этого некоторые производители обеспечили CVT имитацию ступенчатого изменения передаточных чисел как у АКПП и МКПП.

Применение

Как было упомянуто, на легковых автомобилях обычно встречается клиноременная либо цепная коробка передач CVT. Вариатор первого типа используют на небольших машинах, а более тяжелые модели оснащают вариаторами с цепной передачей. Иногда встречаются и прочие варианты.

Обслуживание

Для большинства вариаторов заводской ресурс составляет 150-200 тыс. км пробега. Однако нужно учитывать, что клиноременные вариаторы имеют относительно небольшой срок службы ремня, обычно он составляет до 50 тыс. км пробега. Замена его может стоить до 60 тыс. рублей. Цепные механизмы более долговечны. При этом такие бесступенчатые КПП очень чувствительны к качеству масла.

Любые вариаторы требуют специализированного масла с маркировкой CVT, так как оно служит не только для смазки, но и для предотвращения проскальзывания по шкивам цепи либо ремня и их износа. Замену масла рекомендуется осуществлять с периодичностью в 60-30 тыс. км пробега.

Некорректное функционирование вариатора может вызвать поломка электродвигателя, обеспечивающего перемещение дисков ведущего шкива. Его стоимость — от 10 тыс. рублей. К тому же сами шкивы не подлежат проточке, поэтому при наличии задиров их придется менять за 65-70 тыс. рублей.

Агрессивная езда также приводит к появлению задиров на шкивах из-за чрезмерного натяжения ремня или цепи. Об их наличии свидетельствуют рывки на малой скорости. С другой стороны, и при равномерной быстрой езде изнашиваются подшипники валов.

К тому же возможно повреждение вариатора при поломке датчика скорости.

Нужно учитывать, что допустима буксировка автомобиля с вариатором лишь с запущенным двигателем.

Кроссоверы с вариаторами недопустимо эксплуатировать на бездорожье, так как даже небольшие препятствия могут вызвать повреждение КПП.

Наконец, вероятны проблемы с обслуживанием и поиском запчастей из-за редкости таких агрегатов.

Поэтому перед приобретением автомобиля с вариатором необходимо тщательно изучить: CVT (коробка передач) — что это такое. Отзывы автомобилистов рекомендуют учесть все нюансы, описанные выше.