Коробка переключения передач cvt — что это такое

Отличия вариатора от коробок иного типа кардинальные. Определяющая черта – способность подстраиваться под текущие условия, в которых находится движущийся автомобиль. Коробка также постоянно определяет нужное передаточное число. Диапазон передач ограничен конструктивными особенностями трансмиссии, но внутри него число вариаций практически бесконечно. Именно эта особенность способствует экономии топлива и оптимизации затрат энергии.

Существуют клиноременные и тороидальные вариаторы. Первые ставятся на большинство автомобилей. .

Конструктивно клиноременная коробка CVT представлена двумя шкивами – ведущим и ведомым. Ведущий связан с двигателем авто, ведомый подключен к приводам колес. Соединение валов реализуется за счет ремня или цепи.

Схема работы клиноременного вариатора

Особенность шкивов состоит в том, что они выглядят как две половинки конической формы, направленные друг к другу своими вершинами. Расхождение и схождение конусов меняет диаметр единой конструкции.

Работа CVT выглядит следующим образом. Когда автомобиль начинает движение, мотор испытывает нагрузку. Для ее снижения конусы ведущего вала расходятся, диаметр уменьшается. На ведомом шкиве происходят обратные изменения – конусы сходятся, диаметр возрастает. В результате количество оборотов ДВС становится оптимальным.

Схема работы клиноременного вариатора

Увеличение скорости сказывается так: диаметр ведущего шкива возрастает, а ведомого – снижается. Тяговое усилие уменьшается, работа мотора оказывается плавной. За схождение/расхождение конических шкивов отвечает электронный блок управления (ЭБУ). Простота конструкции делает силовую передачу CVT более дешевой по сравнению с другими вариантами трансмиссий.

Современный клиноременный вариатор

В современной конструкции КПП CVT применяются шкивы из сверхпрочного металла, а ремень – не эластичный жгут, а наборная лента из износостойкого металла (собирается из полосок, которые скрепляются между собой скобами). На ремень наносят специальное покрытие, защищающее от износа и проскальзывания.

Один из шкивов является ведущим. Он соединён с коленчатым валом двигателя (который служит преобразователем энергии, получаемой в результате сгорания топлива, в энергию вращения). Ведомый шкив соединен с колёсами авто. Шкивы имеют переменный диаметр (грани обода расходятся и сходятся, тогда ремень проходит уже не внутри, между ними, а поверх).

При небольшой скорости движения автомобиля диаметр ведущего шкива имеет минимальные значения, а ведомого – максимальные. При средней скорости диаметр одинаковый. При максимальной – размер ведущего увеличивается, а ведомого уменьшается. Изменяя размеры шкивов, изменяем передаточное число.

Механизмом «руководит» электронная система, опираясь на информацию с многочисленных датчиков (об оборотах вала, о вращении колес, сведения с самой трансмиссии).

Шкивы и ремень являются лишь частью конструкции современных вариаторов и называются клиноременной передачей. Строение CVT (бесступенчатой коробки передач) гораздо сложнее, в корпусе агрегата предусмотрено немало других элементов.

Вспомним, что нам уже известно. Крутящий момент от двигателя передается на первичный вал, а затем на ведущий шкив. В этом процессе может быть задействован гидравлический трансформатор (предусмотрен не во всех моделях). Гидротрансформатор отсоединяет трансмиссию от двигателя, через него передается усилие от вала к шкиву.

После гидротрансформатора усилие переходит на ремень, а с него на ведомый шкив. Далее при помощи планетарного редуктора момент переходит на вторичный вал. И машина движется вперед. Чтобы автомобиль двигался назад, запускается планетарный механизм или режим заднего хода (изменяет направление вращения вала).

В конструкции предусмотрен и дифференциал, который распределяет нагрузку по колёсам (на дифференциал крутящий момент передается от промежуточного вала).

Электронная система, которая руководит всеми процессами внутри CVT, считывает информацию с датчиков и изменяет режим работы CVT. Датчики установлены там, где можно быстро получить сведения о скорости вращения валов, о температуре рабочей жидкости, о положении селектора (ручки КПП). Электроника учитывает нагрузку на двигатель, скорость движения авто, положение педали газа и многое другое.

В некоторых моделях вариаторов предусмотрена возможность ручного переключения скоростей, ступенчато, как на АКПП. В других могут присутствовать лишь спецрежимы: «спортивный», «экономичный».

Все описанные элементы помещены в один корпус.

Диаметр шкива изменяется за счет перемещения дисков. Перемещение оказывается возможным благодаря давлению рабочей жидкости – масла (гидравлическая система). Но это утверждение справедливо лишь в отношении ведущего шкива. На ведомом диски перемещаются от натяжения ремня и за счет возвратной пружины.

Для CVT разработано специальное масло. Жидкость проявляет фрикционные свойства (помогает уменьшить силу трения и износ трущихся поверхностей) при своей рабочей температуре (60-70 градусов выше нуля).

Допустимо заливать только оригинальную жидкость (никаких заменителей).

При движении со скоростью более 150 км/ч масло перегревается (рабочая температура возрастает до +80 градусов). Перегрева допускать нельзя, он негативно сказывается на сроке службы вариатора (CVT). Охлаждают жидкость с помощью дополнительно установленного маслоохладителя (радиатор).

Необходимо следить за уровнем масла: если количество слишком уменьшиться, ремень будет проскальзывать. И, чтобы не допустить засорения, менять жидкость необходимо каждые 60-150 000 км (раз в пять лет).

Технические элементы клиноременной CVT

К элементам клиноременного вариатора относятся:

• сцепление, отвечающее за связь двигателя с трансмиссией;
• гидротрансформатор;
• конические шкивы;
• соединительная цепь (ремень);
• масляный насос, создающий нужное давление (в ряде случаев работа конусных элементов обеспечивается гидравликой или пружиной);
• гидроблок, подающий масло к различным частям ведущего и ведомого валов;
• фильтры;
• радиаторы, забирающие тепло от коробки;
• система управления, связанная с ЭБУ авто;
• реверсное устройство.

Виды вариаторов

Два конуса, направленные сужающимися участками в разные стороны, соединенные между собой ремнем. Самый примитивный тип таких вариаторов применялся на мельницах в 19 веке. Значительно позже подобные механизмы стали применять на станках. Существует большое количество конусных вариаторов: фрикционные и с промежуточными звеньями, планетарные, ВЕБО и другие, каждый нашел применение в той или иной сфере.

По принципу действия это фрикционные вариаторы, передающие усилие за счет трения. Были попытки реализовать такие коробки в автомобилестроении, но массового распространения, по ряду причин, они не получили. Один из примеров – вариатор Extroid CVT от Jatco, который ставили на Nissan Gloria 1999 года выпуска.

Основной узел тороидального вариатора испытывает колоссальные нагрузки, давление в пятне контакта роликов и дисков может достигать 10 тонн. Поэтому в производстве приходится использовать высокоуглеродистую сталь.

Смазку узлов при таких нагрузках обеспечивает специальное масло KTF, стоимость которого доходит до 20 тысяч рублей за 4 литра. Из-за дороговизны производства и обслуживания таких вариаторов, они встречаются очень редко, по крайней мере пока.

Самый распространенный на сегодняшний день тип вариаторов, получивший применение не только в автомобилях, но и в мотоциклах, снегоходах, скутерах.

В клиноременной конструкции присутствуют:

1. Блок вариатора со шкивами, соединенными ремнем. За сближение и отдаление конусов, образующих шкивы, отвечают гидравлическое давление, центробежная сила или усилие пружин;
2. Фрикционы переднего и заднего хода, необходимые для изменения направления движения;
3. Планетарный механизм, отвечающий за включение реверсивного режима;
4. Гидравлический блок, обеспечивающий необходимое давление жидкости, ее циркуляцию и подачу в нужные места;
5. Электронный блок управления, объединяющий и контролирующий работу всех отдельных механизмов вариатора.

Сам ремень, участвующий в передаче усилий, назвать ремнем можно с большой натяжкой. Это достаточно сложный по конструкции механизм, состоящий из множества конусовидных пластин (до 400 штук), расположенных на лентах.

Это следующий этап в развитии вариаторов, в которых ремень заменен на цепь, с целью продления срока службы. Устройство цепи сложное, она состоит из множества прочных пластин, расположенных в шахматном порядке. При правильной эксплуатации цепь обладает большим сроком службы, а также более качественно передает крутящий момент. Передача усилий передается торцевой поверхностью цепи.

Бесступенчатые КПП Ниссан (Jatco)

Автомобильный концерн Ниссан разработал коробки Jatco, которые стали ставится не только на модели бренда, но и на авто других производителей. На российском автомобильном рынке (вторичном) довольно много машин с вариатором фирмы Jatco, поэтому получить информацию о надежности КПП и их ресурсе несложно.

Статистика официальных и независимых сервисных центров позволяет оценить надежность и ресурс вариаторов, стоимость и целесообразность ремонтных работ, доступность запасных частей.

При рассмотрении коробок упор будет сделан на CVT Ниссан Кашкай, другие модели также попадут в поле зрения. Это позволит ответить на вопрос о том, надежен ли вариатор Ниссан.

Модели Jatco JF010E и JF011E представляют собой второе поколение бесступенчатых коробок. Вторая сочетается с бензиновыми ДВС на 2 и 2,5 литра, первая идет с мотором на 3,5 л. По конструкции отличий нет, на первом вариаторе лишь усилены элементы в расчете на более высокий крутящий момент.

Вариатор JF011E ставился на кроссоверы Кашкай и Икс-Трейл предпоследнего поколения, а также на автомобиль Mitsubishi Outlander (две последние генерации). JF010E шел на кроссовер Мурано (Z50 и Z51) и седан Теана.

Надежность вариатора Кашкай не вызывает сомнений, поскольку рассматриваемое семейство КПП не отличается наличием характерных болячек. Ресурс составляет порядка 150-200 тыс. км. Как только срок службы CVT Nissan подходит к концу, его элементы уже имеют критический износ.

Плюс CVT заключается в их ремонтопригодности. Стоимость последнего составляет 150-180 тыс. рублей. Концерн выдает на рынок запчастей гидроблок или вариатор в сборе. Найти некоторые запчасти можно на рынке, другие поддаются ремонту. Новая бесступенчатая КПП стоит 200-230 тысяч. Если ресурс позволяет, нужно выбирать этот вариант.

При сравнении с коробками первого поколения оказывается, что новая генерация уступает по ресурсу почти в два раза. Экономия на производстве и упрощение играют свою роль, что сказывается на надежности последних версий трансмиссий.

Атмосферные ДВС с малым объемом получили силовую передачу JF015E. Указанный CVT ставился на кроссоверы Кашкай, Каптюр, а также на Рено Флюенс с мотором на 1,6 литра. Конструктивная особенность вариаторов для ДВС малого объема – двухступенчатая планетарная передача. Уменьшенные в размере конусы были хороши в теоретическом смысле, на деле получилась конструкция, которая снижает собственный ресурс и сказывается на надежности.

Отвечая на вопрос о том, сколько ходит вариатор Ниссан этого семейства, стоит отметить, что естественный износ элементов в силу непродуманности технических решений наступает раньше запланированного. Ресурс вариатора – до 120000 км пробега.

Ремонт коробки сводится к шлифовке ведущего и ведомого валов. Требования к оборудованию для шлифования и к опыту мастера высоки, поэтому жизнь отремонтированной детали может оказаться не долгой.

Вариатор Jatco JF15

Масляного насоса здесь такой же, как и на версиях JF010E и JF011E. В целом, можно сказать, что бесступенчатая коробка для малолитражных авто не блещет надежностью, имеет невысокий ресурс и склонна к поломкам.

Серия CVT8 сменила десятое семейство вариаторов Jatco. Модели JF016E и JF017E имеют в качестве конструктивной базы технические решения своих предшественников. Унаследованными оказались и сочетания с моторами: коробка вариатор Х-Трейл и Кашкай – JF016E. На Мурано и Патфайндер пошла модель JF017E.

По конструкции представители серии приобрели отличия. Коробкам под объемные двигатели понадобился штифтовый ремень, для авто с меньшим объемом было решено оставить прежний вариант – пластинчатый.

Неисправности вариатора Ниссан связаны с усложнением управляющей системы в тандеме с «железом» старой базы. Ресурс агрегатов снизился, надежность их встала под большой вопрос. Плюс конструкции – в ее ремонтопригодности. Восстановление работоспособности стоит 150000 рублей, что дешевле, чем это было раньше. Суть ремонтных работ аналогична той, что была характерна для вариаторов десятого семейства. Схожесть используемых насосов позволяет заменить вышедший из строя редукционный клапан.

Плюсы и минусы бесступенчатой трансмиссии

Автомобили с вариаторами в первую очередь славятся высоким КПД и уровнем комфорта во время езды: плавность хода, быстрый разгон, незаметное изменение скорости, отсутствие рывков. CVT обеспечивает оптимальные обороты двигателя и максимальный крутящий момент. Двигатель не глохнет на светофоре и при движении в пробках. Подъём в гору проходит быстрее, без снижения скорости.

Это основные плюсы коробки передач CVT, минусов, к сожалению, больше.

1. Бытует мнение, что CVT часто выходит из строя. Однако это не совсем так: проблем с вариатором не возникает, пока действует гарантия на новый автомобиль. Чаще выходят из строя CVT, если владелец автомобиля нарушает правила эксплуатации, рекомендованные производителем (подвергает авто высоким нагрузкам, предпочитая агрессивную езду).
2. Помимо замены дорогостоящего оригинального масла требуется и замена фильтров (каждые 30 тыс. км).
3. В виду конструктивных особенностей область применения вариаторов ограничена: их нельзя использовать в ТС с мощными двигателями (не более 220 л.с.). Также недопустимо эксплуатировать автомобиль на высоких скоростях.
4. Ещё одно ограничение касается буксировки: автомобиль с вариатором можно буксировать только на эвакуаторе.

Вердикт знатоков: экономия или надежность?

В конце статьи хотелось бы ответить на главный вопрос автовладельцев – что лучше CVT или автомат? С экономической точки зрения выгоднее покупать автомобиль с вариатором, поскольку именно бесступенчатая коробка передач обеспечивает оптимальный расход топлива. Да и двигатель в паре с вариатором работает дольше (испытывает меньше нагрузок).

Но если взять во внимание и другие факторы (короткий, в сравнении с КПП, срок службы, высокая цена оригинального масла, стоимость возможного ремонта), покупка авто с CVT уже не выглядит столь рациональной.

К сожалению, ремонт обходится дорого. Стоимость в разы увеличивается, если появляется необходимость в ремонте гидротрансформатора или оказывается, что нужных запчастей в наличии нет (необходимо заказывать). Нередко речь заходит о полной замене CVT: вариаторы не отличаются долговечностью – 150-200 тыс. км пробега (отсюда и низкий спрос на вторичном рынке). К тому же, мастеров, способных осуществить такой сложный ремонт и полную замену, немного (соответственно и стоимость на их услуги выше).

Поэтому и с точки зрения надежности, и с точки зрения экономичности выгоднее приобретать ТС с АКПП или МКПП (такие авто продаются не намного дороже). Исключение составляют лишь некоторые модели вариаторов, отличившиеся увеличенной степенью надежности и улучшенными эксплуатационными характеристиками (X-tronic, цепной Lineartronic, цепной Multitronic с адаптивным режимом «Спорт»).

Каким авто отдавать предпочтение? Зависит от вас: ваших финансовых возможностей (рассматриваете покупку нового авто или ищите на вторичном рынке, готовы ли вкладываться в дорогостоящее обслуживание), как долго планируете ездить, насколько важно выгодно перепродать автомобиль, какой стиль вождения вы предпочитаете. Автомобили с CVT подходят ответственным водителям, предпочитающим размеренную езду по городу или по трассе, высоко ценящим комфорт во время езды.