Принцип роботи вариаторной коробки передач
Традиційно коробка перемикання передач має на увазі під собою перемикання передачі з однієї на іншу. Це здійснюється при виборі водієм або електронікою необхідної пари шестерень, які створять потрібний передавальне число. На такому принципі заснована робота механічною і автоматичною коробок передач. Але варіаторная коробка передач змінила цю традицію, внісши нові поняття в передачі крутного моменту від двигуна до коліс.
Трохи історії
Принцип дії, на якому заснована робота варіатора був помічений Леонардо да Вінчі ще в 1490 році. Перший патент на цей винахід був отриманий в кінці XIX століття, а перші автомобілі, які мають варіатор, побачили світ лише в 50-х роках минулого століття, коли інженери компанії DAF встановили його на легкові автомобілі, що випускаються серійно. Трохи пізніше до них приєднався концерн VOLVO. Але основне поширення коробка варіатор отримала зовсім недавно - в середині 90-х років.
Варіаторная коробка передач Nissan
Варіатор є безступінчату коробку передач, яка плавно передає крутний момент від двигуна до трансмісії в заданому числі оборотів колінчастого валу. Основною перевагою варіатора є його оптимальний вибір співвідношення оборотів двигуна і навантаження на трансмісію. Такий підхід дозволяє ефективно використовувати потужності показники мотора, істотно економити паливо. Крім цього, плавне безперервне зміна передавального числа варіатора, що супроводжується повною відсутністю ривків, дає найвищий рівень комфорту при русі для водія і пасажирів.
Основним стопором розвитку вариаторной трансмісії є досить висока складність передачі великого крутного моменту. Саме тому перше поширення коробка варіатор отримала на малолітражних автомобілях, що мають невелику потужність двигуна. Але, тим не менше сьогодні, з ростом технологій та впровадженням в конструкцію металевих ременів, виробники почали встановлювати варіатори на автомобілі потужністю понад 200 л. с.
На сьогоднішній момент поширення набули тільки три типу пристрою воротарів, такі, як кліноременний, тороидальний і зовсім недавно розроблений кліноцепной механізм, який застосовується в варіатора Multitronic від Audi.
Пристрій і принцип роботи вариаторной коробки
Коробка варіатор складається з наступних пристроїв:
- Механізм, який передає крутний момент від двигуна на варіатор. Він же завідує роз'єднанням двигуна і коробки - нейтральної передачею;
- Власне варіаторний механізм;
- Електронна система управління;
- Механізм, що забезпечує рух заднім ходом.
Для з'єднання і роз'єднання двигуна з коробкою застосовують кілька видів зчеплення:
- Гідротрансформатор, що є найбільш вживаним пристроєм;
- Мокре багатодискове зчеплення під електронним управлінням;
- Автоматичне відцентрове зчеплення;
- Електронне електромагнітне зчеплення.
Найбільш часто спільно з варіатором застосовується гідротрансформаторним зчеплення. Таке поєднання забезпечує найбільшу плавність передачі крутного моменту і, отже, більшу довговічність механізму.
Щоб зрозуміти, як працює коробка варіатор, варто звернути увагу на велосипед, що має можливість перемикання швидкостей. Між двома зірочками натягнута ланцюг, яка передає крутний момент. Задні зірочки мають різний діаметр, і при виборі однієї з них створюється необхідне зусилля для пересування. Чим більше різниця в діаметрах між провідною і відомою зірками, тим вище швидкість рух. Чим менше різниця - тим більше тяговий момент, необхідний для подолання складних ділянок дороги. Таке ж принципове дію закладено в вариаторе, тільки замість зірочок і механізму, жорстко переключающего передачі, використовуються розсувні шківи, що складаються з двох конусів, що мають можливість переміщатися відносно один одного по одній осі. Замість звичайної ланцюга в вариаторе працює Кліноременная передача або спеціальна складальна ланцюг, що складається з набраних пластин, з'єднаних між собою осями.
кліноременний механізм
Найпоширенішим на сьогодні є кліноременний механізм. Такий пристрій складається з двох шківів, з'єднаних між собою одним, рідше двома клиноподібними ременями. Шківи складаються з конусів, здатних пересуватися відносно один одного за допомогою актуаторов, які приводяться в дію гідравлічним насосом. Насос, в свою чергу, працює під управлінням електроніки, відцентрової сили або під зусиллям пружин. Конічні диски, переміщаючись щодо один одного, змінюють діаметр шківа, тим самим змінюючи передавальне число коробки передач. Кут нахилу конусів в 20 градусів забезпечує найкраще зчеплення ременя зі шківами з найменшим опором.
Спочатку коробка варіатор мала гумовий клиновидний ремінь, передає тягове зусилля. Таке пристрій забороняв передавати високий крутний момент, мало малої довговічністю і великим радіусом вигину (більше 90 мм), що давало малий розбіг регулювання.
Але з винаходом гнучкого металевого ременя, ці недоліки були вирішені. Зараз більшість автомобілів з вариаторной коробкою мають ремінь на металевій основі. Такий пристрій ременя, що складається з набору великої кількості металевих пластин певної форми, нагадує багато метеликів, що сидять на гілці. Пов'язані вони між собою гнучким з'єднанням, що дозволяє значно зменшити радіус вигину до 30 мм, підвищити довговічність і міцність передавального пристрою. Завдяки металевій основі вдалося почати застосовувати коробки варіатори на автомобілях, що мають велику потужність, ніж раніше.
Кліноцепной механізм
На варіатора, встановлених на автомобілях Audi, вперше була застосована спеціальна ланцюгова передача, що отримала назву кліноцепной. Таке ланцюгове пристрій складається з набору металевих пластин, з'єднаних осями. Передача крутного моменту в такій коробці здійснюється при контакті торцевими поверхнями ланцюга з дисками шківів. У цих місцях утворюються підвищені навантаження з високими температурами. З навантаженнями винахідники впоралися застосуванням спеціальної підшипникової сталі, а з високими температурами - примусовим охолодженням трансмісійної рідини, яка застосовується в вариаторе. Завдяки високій гнучкості ланцюга, вдалося скоротити радіус вигину до 25 мм, розширивши діапазон передавальних чисел кліноцепной коробки в порівнянні з клиноремінною передачею.
керуючі пристрої
В силу своїх конструктивних особливостей, варіаторная передача не дає можливості руху заднім ходом. Така особливість зажадала установки додаткових механізмів. Зазвичай для цього використовується планетарний редуктор. принцип дії якого подібний до автоматичній коробці передач.
Все управління варіатором здійснюється за допомогою електронних пристроїв, що передають інформацію від безлічі датчиків. На його роботу впливають обертів двигуна, ABS, датчики рівня тиску в шинах і інші. Збираючи всю цю інформацію, коробка варіатор вибирає необхідне передавальне число, відповідне мінімальній витраті палива з оптимальним тяговим зусиллям, необхідним для подолання дорожніх умов. Розсуваючи, зрушуючи конуси обох шківів, електроніці вдається домогтися результатів динаміки і економії палива, наближених або навіть перевищують показники автомобілів з механічною коробкою передач.
Плюси і мінуси воротарів
Як всі інші механізми перемикання передач, коробка варіатор має свої плюси і мінуси. До позитивних сторін пристрою варто віднести наступне:
- Плавність перемикання передач, точніше їх відсутність;
- Можливість використання ручного перемикання за принципом тіптронік. Така особливість є завдяки повністю електронного урядування коробкою;
- Рівномірний розподіл навантаження на двигун, що дозволяє працювати йому в оптимальному режимі, що підвищує його довговічність;
- економічність;
- Можливість швидкого старту;
- Простота механізму, що дозволяє здешевити його виробництво і ремонт.
До недоліків варіатора слід віднести мінуси, такі як:
- Велика залежність від електронікі4
- Неможливість буксирування;
- Висока вартість застосовуваної рідини. Низька періодичність її заміни;
- Наявність постійного тролейбусного звучання при різних стилях їзди, в різних швидкісних режимах
Підбиваючи підсумки
Незважаючи на недоліки, така коробка передач, як варіатор, має своє майбутнє. При знаходженні рішення винахідниками для передачі великих зусиль, варіатор буде жити і розвиватися у всіх сегментах автомобілебудування.