Единство противоположностей. Зачем инженеры скрестили автомат с вариатором?

Вариаторы ставятся на подавляющее большинство японских автомобилей. Этот тип трансмиссии оказался относительно экономичнее, дешевле и практичнее для использования в городах, чем гидромеханический автомат с рядами планетарных передач. Между тем есть у него и существенные недостатки, касающиеся в первую очередь надежности технического узла. Сейчас на рынок вышло новое поколение этих агрегатов. Как заявляется, по эффективности они приблизились к автоматическим трансмиссиям. Чтобы проверить эти заверения на практике, мы решили познакомиться с коробкой поближе.

Износ цепи

Удачных схем автоматических трансмиссий не так много. Проверенный старый автомат, изобретенный еще в первой половине прошлого века, слишком дорог. Инженеры ищут способы сэкономить. Разрабатываются новые типы коробок, способные относительно эффективно отработать в течение 150–200 тысяч км пробега. Получается не всегда. Сопротивляемость первых вариаторов к поломкам была не на высоте. При отклонениях от штатных режимов езды коробка испытывала действие опасных нагрузок, и срок ее службы сокращался.

Главный элемент вариатора — это металлическая ременная цепь, состоящая из тысяч сложных пластин, связанных между собой стальными подвижными креплениями. Она похожа на толстый блестящий ремень и обладает необходимой гибкостью и твердостью. Цепь перекинута через конусы шкивов и участвует в передаче крутящего момента с одного вала на другой.

С конусами шкивов она контактирует боковыми поверхностями, на которых нанесены диагональные насечки, улучшающие сцепление. Их износ — смертный приговор всей коробке.

Продукты износа попадают в смазку и на рабочие поверхности и способствуют их разрушению. В трансмиссии, конечно, есть два масляных фильтра и магнитная ловушка для металлической пыли, но они не всегда эффективны.

В чем причины износа вариатора?

Наиболее опасным для вариатора является такое расположение цепи, при котором она оказывается в крайних положениях шкива. Поэтому вариаторы первых поколений не любят агрессивного драйва, а также просто езды на скоростях выше 120 км/ч. Коробка передает момент на пределе возможностей, обороты силового агрегата подбираются к 4 тысячам. Цепь под действием центробежных сил пытается принять форму круга, она стягивает валы, проскальзывает, хлопает, увеличивая динамические нагрузки, возникают вибрации, передающиеся на шкивы, а затем и на их подшипники, уже подпорченные металлической пылью в масле.

Через какое-то время вращающиеся элементы разбиваются, и возникает гул. Первые симптомы серьезной неисправности могут проявиться уже при пробеге 50 000 км. Для сравнения: исправная коробка, эксплуатирующаяся по правилам, начинала выть при пробеге 150–200 тысяч км.

В общем, длительная езда на высоких скоростях значительно уменьшает ресурс ремня и подшипников.

Планетарный ряд и три скорости

Не удивительно, что Nissan задумался над исправлением этих недостатков. Компания Jatco, входящая в альянс Renault-Nissan, реализовала интересную идею новой трансмиссии. Инженеры скрестили вариатор с автоматом. Они добавили к вариатору один планетарный ряд, а также гидротрансформатор, позволяющий плавно передавать момент от мотора к коробке. На свет родилась коробка Jatco JF015, которая сейчас идет на Nissan X-Trail, Qashqai и на многие другие модели альянса.

Планетарная передача позволила реализовать две ступени для движения вперед и одну для заднего хода.

От обычного вариатора Jatco JF015 отличается тишиной работы. Nissan X-Trail трогается заметно ровнее, а если на пути встретится бездорожье или заснеженный участок, то коробка включает первую передачу как «понижайку» в раздаточной коробке и варьирует передаточное отношение с помощью шкивов. Тем самым удается удерживать цепь в благоприятной рабочей зоне.

Первая передача работает примерно до 40 км/ч, затем вариатор переходит на вторую ступень. На высоких скоростях коробка намного активнее действует шкивами. Инженеры добились диапазона передаточных чисел в рекордных пределах 1:7.3, при этом без лишних нагрузок на рабочие узлы трансмиссии. Такой разброс передаточных чисел соответствует нарезке 8 ступеней в обычной автоматической коробке с гидротрансформатором.

На скоростях свыше 120 км/ч коробка позволяет двигателю удерживать 2–3 тысячи оборотов, благодаря чему снижается не только потребление топлива, но и нагрузка на узлы трансмиссии. Кроме того, такая трансмиссия получилась компактнее.

В общем, Nissan X-Trail с новым двухступенчатым вариатором приобрел новый характер, а перспективы у Jatco открываются самые оптимистичные. Накопленная статистика поломок говорит о возросшей надежности коробки. Выходят из строя такие вариаторы уже не чаще преселективных роботов или гидромеханических коробок. Значит ли это, что с вариатором можно так же лихачить, как и на машинах с механической коробкой передач или с преселективным роботом? Совсем нет. Вариаторы по-прежнему не любят резких разгонов и буксований в грязи. Поэтому лучше их поберечь.

Почему «роботы» с двумя сцеплениями скоро вытеснят все остальные коробки

Как устроена новая коробка Kia

DCT расшифровывается как Dual Clutch Transmission, то есть трансмиссия с двумя сцеплениями. Это первая многодисковая коробка — собственная разработка компании Kia Motors из Центра Исследований и Разработок в Намьянге.

Как вы уже могли догадаться, DCT — это в определенном смысле аналог знаменитой коробки DSG от Volkswagen, которая сначала радовала покупателей резвостью и экономичностью, потом досаждала поломками в своем 7-ступенчатом исполнении, а к 2014 году наконец лишилась явных конструктивных дефектов после доброго десятка доработок.

Для непосвященных кратко объясним, что DCT — это «робот», то есть конструктивно — механическая коробка с блоком управления и актуаторами, которые вместо водителя переключают передачи. А что такое «два сцепления»? Если вкратце, то, вообще-то, сцепление одно. Просто ведомых дисков у него два — один передает крутящий момент на нечетный ряд передач (1-3-5-7 и т.д.), второй — на четный (2-4-6 и т.д.).

Конструкция собрана таким образом, что диски сцепления сидят на одной оси, а их валы вложены один в другой. Второй вал длиннее первого и проходит насквозь. Каждый из них приводит в движение свой ряд шестерней: четный и нечетный. Между этими дисками находится ведущий диск — маховик, который вращает двигатель.

Включение и выключение дисков сцепления электромеханическое, что ускоряет процесс переключения. Но основная экономия времени при выборе передачи — в так называемом преселективном режиме работы АКПП. Если грубо, то пока включена, допустим, первая передача на нечетном ряду, на четном уже подготовлена к включению вторая — когда это будет необходимо, останется только отсоединить от маховика один диск сцепления и присоединить другой.

Электронный блок управления коробкой предугадывает динамику движения — разгон или торможение, заранее замыкая привод следующей зубчатой пары. Как на передачу вверх, так и вниз. Два процесса, отсоединение одного диска и присоединение другого, происходят одновременно.

Как вы понимаете, конструкция невероятно сложная. Незначительные отклонения в работе коробки на доли секунды и на доли миллиметра быстро приводят к ускоренному износу дисков и нестабильной работе с толчками при движении и т.п. Собственно, сложностями настройки электроники во многом и обусловлены проблемы с фольксвагеновской коробкой DSG.

В целом схема позволяет сократить время на переключение передач до 100-200 миллисекунд, обеспечить ровную тягу при разгоне и снизить расход топлива, экономя до 10%. В случае с Kia заявленная экономия — 5-7%.

История преселективных коробок

Сама по себе идея использования мультидискового сцепления была запатентована французским инженером Адольфом Кегрессом еще в 1935 году. Мсье Кегресс вообще был большим талантом и, помимо патента на то, что в будущем стало DCT, еще сделал первый внедорожник — гусеничный Руссо-Балт, о котором мы когда-нибудь расскажем. Но не будем отвлекаться. Из-за отсутствия технологических возможностей идея коробки с двумя сцеплениями осталась на бумаге.

В 80-х годах инженеры Porsche воплотили задумку в железе и использовали передовую разработку в кольцевых автогонках. Однако значительные габариты, большой вес и низкая надежность оставили коробку на уровне прототипа, и за гоночный трек она не вышла. Подобные попытки предпринимали и раллийные команды Peugeot и Audi, но закончилось все тем же — от использования отказались.

С середины 90-х VW начинает разработку своей версии мультидисковой АКПП под аббревиатурой DSG (Direct Speed Gearbox). Результатом стала серийная коробка, которая с 2003 года устанавливалась на Golf Mk4 R32. Опыт оказался настолько успешным, что им заинтересовались другие автопроизводители, а VW совершенствует эту коробку и по сей день, устанавливая ее практически на все свои серийные автомобили.

На данном этапе такие коробки делятся на два типа — сухие и мокрые. С сухими все понятно по определению. Диски работают, как в обычной механической коробке, на сухом трении. В мокрых диски сцепления погружены в масляную ванну. Сделано это для охлаждения при нагрузке свыше 350 ньютонов на метр. Мокрые «роботы» работают с «моментными» дизелями и высокофорсированными бензиновыми двигателями.

Расскажем о нескольких типичных представителях семейства преселективов.

Audi S-Tronic

Изначально S-tronic разрабатывался под высокие нагрузки: предельные значения 550 Н*м, 9 000 об/мин. Конструкторам пришлось обеспечить два контура смазки. Один отвечает за работу управляющей гидравлики и сцепления, другой обеспечивает смазку шестерней КПП. Причем масло используется разное. Так как плотность гидротрансформаторного масла может меняться при различной температуре, при агрессивных режимах работы масляная помпа имеет дополнительный вакуумный усилитель, способный поднять давление на непродолжительное время.

Другая особенность в том, что выходной вал передает вращение на межосевой дифференциал, расположенный прямо в корпусе самой АКПП. В зависимости от настроек дифференциал может передавать на заднюю ось от 35% до 85% крутящего момента (60% по умолчанию).

Данная коробка может работать как в полностью автоматическом режиме, так и в ручном с использованием подрулевых переключателей вверх/вниз (+/-).

Почему «роботы» с двумя сцеплениями скоро вытеснят все остальные коробки

Как устроена новая коробка Kia

DCT расшифровывается как Dual Clutch Transmission, то есть трансмиссия с двумя сцеплениями. Это первая многодисковая коробка — собственная разработка компании Kia Motors из Центра Исследований и Разработок в Намьянге.

Как вы уже могли догадаться, DCT — это в определенном смысле аналог знаменитой коробки DSG от Volkswagen, которая сначала радовала покупателей резвостью и экономичностью, потом досаждала поломками в своем 7-ступенчатом исполнении, а к 2014 году наконец лишилась явных конструктивных дефектов после доброго десятка доработок.

Для непосвященных кратко объясним, что DCT — это «робот», то есть конструктивно — механическая коробка с блоком управления и актуаторами, которые вместо водителя переключают передачи. А что такое «два сцепления»? Если вкратце, то, вообще-то, сцепление одно. Просто ведомых дисков у него два — один передает крутящий момент на нечетный ряд передач (1-3-5-7 и т.д.), второй — на четный (2-4-6 и т.д.).

Конструкция собрана таким образом, что диски сцепления сидят на одной оси, а их валы вложены один в другой. Второй вал длиннее первого и проходит насквозь. Каждый из них приводит в движение свой ряд шестерней: четный и нечетный. Между этими дисками находится ведущий диск — маховик, который вращает двигатель.

Включение и выключение дисков сцепления электромеханическое, что ускоряет процесс переключения. Но основная экономия времени при выборе передачи — в так называемом преселективном режиме работы АКПП. Если грубо, то пока включена, допустим, первая передача на нечетном ряду, на четном уже подготовлена к включению вторая — когда это будет необходимо, останется только отсоединить от маховика один диск сцепления и присоединить другой.

Электронный блок управления коробкой предугадывает динамику движения — разгон или торможение, заранее замыкая привод следующей зубчатой пары. Как на передачу вверх, так и вниз. Два процесса, отсоединение одного диска и присоединение другого, происходят одновременно.

Как вы понимаете, конструкция невероятно сложная. Незначительные отклонения в работе коробки на доли секунды и на доли миллиметра быстро приводят к ускоренному износу дисков и нестабильной работе с толчками при движении и т.п. Собственно, сложностями настройки электроники во многом и обусловлены проблемы с фольксвагеновской коробкой DSG.

В целом схема позволяет сократить время на переключение передач до 100-200 миллисекунд, обеспечить ровную тягу при разгоне и снизить расход топлива, экономя до 10%. В случае с Kia заявленная экономия — 5-7%.

История преселективных коробок

Сама по себе идея использования мультидискового сцепления была запатентована французским инженером Адольфом Кегрессом еще в 1935 году. Мсье Кегресс вообще был большим талантом и, помимо патента на то, что в будущем стало DCT, еще сделал первый внедорожник — гусеничный Руссо-Балт, о котором мы когда-нибудь расскажем. Но не будем отвлекаться. Из-за отсутствия технологических возможностей идея коробки с двумя сцеплениями осталась на бумаге.

В 80-х годах инженеры Porsche воплотили задумку в железе и использовали передовую разработку в кольцевых автогонках. Однако значительные габариты, большой вес и низкая надежность оставили коробку на уровне прототипа, и за гоночный трек она не вышла. Подобные попытки предпринимали и раллийные команды Peugeot и Audi, но закончилось все тем же — от использования отказались.

С середины 90-х VW начинает разработку своей версии мультидисковой АКПП под аббревиатурой DSG (Direct Speed Gearbox). Результатом стала серийная коробка, которая с 2003 года устанавливалась на Golf Mk4 R32. Опыт оказался настолько успешным, что им заинтересовались другие автопроизводители, а VW совершенствует эту коробку и по сей день, устанавливая ее практически на все свои серийные автомобили.

На данном этапе такие коробки делятся на два типа — сухие и мокрые. С сухими все понятно по определению. Диски работают, как в обычной механической коробке, на сухом трении. В мокрых диски сцепления погружены в масляную ванну. Сделано это для охлаждения при нагрузке свыше 350 ньютонов на метр. Мокрые «роботы» работают с «моментными» дизелями и высокофорсированными бензиновыми двигателями.

Расскажем о нескольких типичных представителях семейства преселективов.

Audi S-Tronic

Изначально S-tronic разрабатывался под высокие нагрузки: предельные значения 550 Н*м, 9 000 об/мин. Конструкторам пришлось обеспечить два контура смазки. Один отвечает за работу управляющей гидравлики и сцепления, другой обеспечивает смазку шестерней КПП. Причем масло используется разное. Так как плотность гидротрансформаторного масла может меняться при различной температуре, при агрессивных режимах работы масляная помпа имеет дополнительный вакуумный усилитель, способный поднять давление на непродолжительное время.

Другая особенность в том, что выходной вал передает вращение на межосевой дифференциал, расположенный прямо в корпусе самой АКПП. В зависимости от настроек дифференциал может передавать на заднюю ось от 35% до 85% крутящего момента (60% по умолчанию).

Данная коробка может работать как в полностью автоматическом режиме, так и в ручном с использованием подрулевых переключателей вверх/вниз (+/-).

Источник http://aif.ru/auto/about/edinstvo_protivopolozhnostey_zachem_inzhenery_skrestili_avtomat_s_variatorom
Источник Источник Источник Источник http://www.kolesa.ru/article/pochemu-roboty-s-dvumja-sceplenijami-skoro-vytesnjat-vse-ostalnye-korobki-2015-02-27
Источник Источник Источник Источник http://www.kolesa.ru/article/pochemu-roboty-s-dvumja-sceplenijami-skoro-vytesnjat-vse-ostalnye-korobki-2015-02-27