Почему Nissan отдает предпочтение вариаторам

Как и многие технические решения, нашедшие широкое применение в современной жизни, бесступенчатая трансмиссия, в которой передаточное отношение изменяется плавно, а общее количество возможных передаточных чисел стремится к бесконечности, известна уже много веков - концепцию устройства, напоминающего современные вариаторы, предлагал еще великий ученый, изобретатель и художник эпохи Возрождения Леонардо да Винчи.

Позднее бесступенчатые передачи стали использовать в станках и других стационарных механизмах. Попытки применить вариатор в качестве коробки передач мотоцикла и автомобиля относятся к первым десятилетиям XX века, однако широкое распространение в автопроме такие агрегаты получили лишь в начале 1990-х годов. Особенно преуспели в разработке и применении бесступенчатых вариаторов в трансмиссии автомобилей японские производители. Благодаря этому, в любом интернет-автомагазине можно без труда найти запчасти для японских автомобилей с вариаторами, в то время как поиск запчастей на вариаторы от других производителей, по сей день вызывает трудности.

ЭКСПЕРИМЕНТ И РЕАЛЬНОСТЬ

Обычная японская практика - сперва экспериментировать на своем рынке и лишь потом экспортировать успешные технологию на другие рынки. Поэтому среди серийных автомобилей Nissan бесступенчатую трансмиссию первым получил компактный хэтчбек для внутреннего японского рынка Nissan March (в России он продавался под названием Micra). Случилось это в 1992 году. В современных автомобилях Nissan применяют клиноременные вариаторы. Крутящий момент передается в них посредством нескольких сотен сверхтвердых пластин, набранных на гибком стальном ремне. Ремень зажат между двумя шкивами, рабочий диаметр которых и, соответственно, передаточное отношение могут меняться. Есть и другие типы вариаторов, применяемые в автопроме, - в частности, клиноцепные, где вместо гибкого ремня используется наборная пластинчатая цепь.

Компания Nissan в конце 1990-х годов оснастила некоторые заднеприводные модели для внутреннего рынка Японии тороидальным вариатором Extroid CVT - эта инновационная трансмиссия была способна работать с двигателями рабочим объемом 3,0 л. Рабочая поверхность ведущего и ведомого дисков у вариатора такого типа имеет форму тора, а передаточное отношение меняется за счет перемещения по ней за счет гидропривода специальных контактных роликов.

Одновременно специалисты прилагали значительные усилия к совершенствованию клиноременных вариаторов и добились в этом значительных успехов. Уже в 1997 году они разработали вариатор, способный работать в паре с двигателем объемом 2,0 л. До этого бесступенчатыми трансмиссиями оборудовались лишь малолитражные компактные автомобили. С 2003 года Nissan предлагает трансмиссию XTronic для своих моделей с двигателем объемом 3,5 л - приспособить трансмиссию данного типа к силовому агрегату столь внушительного рабочего объема компания Nissan смогла первой в мире.

По избранному пути Заставить CVT (от англ. continuously variable transmission) «переваривать» как можно больший крутящий момент и обеспечить при этом соответствующую надежность и долговечность агрегата - важная задача для конструкторов, но далеко не единственная.

Чтобы сделать автомобиль динамичным, сохранив умеренный расход топлива, нужно, чтобы передаточные числа в вариаторе изменялись в широком диапазоне. Тогда в любых условиях движения мотор станет работать в наиболее выгодном режиме - требуется ли от него наибольшая мощность при интенсивном разгоне, либо движение с малыми оборотами коленчатого вала на высокой крейсерской скорости. В вариаторах XTronic предпоследнего поколения соотношение самого большого передаточного числа (задействовано при трогании с места и движении на малой скорости) к самому маленькому (используется на высоких скоростях) удалось приблизить к 6:1.

Однако на этом усовершенствование трансмиссии не остановилось. Вариатор сделали компактнее и эффективнее, увеличив диапазон передаточных отношений, которые он может обеспечивать, до 7,3:1. В конструкцию внедрили дополнительную планетарную передачу. Благодаря этому удалось уменьшить в размерах основные рабочие элементы вариатора - шкивы, в которых зажат гибкий металлический ремень. В результате новая трансмиссия стала на 13% компактнее и на 10% легче. Кроме того, на 30% снизить потери на внутреннее трение. Свою роль в этом играет и применяющаяся в вариаторах специальная жидкость пониженной вязкости.

Компактным вариатором XTronic последнего поколения, оснащенным дополнительной планетарной передачей, оснащаются продающиеся в России кроссоверы Nissan Juke и Qashqai. В качестве альтернативы вариатору для этих моделей предлагается механическая трансмиссия.

ПЛАВНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ

Способность вариатора подобрать в каждый момент времени оптимальное передаточное отношение определяет основные преимущества этой трансмиссии - плавный уверенный разгон без разрыва потока мощности, высокие тяговые показатели в сочетании с экономией топлива.

При этом автомобили с гидромеханическими автоматами, «роботами» или получившими распространение в последние годы преселективными коробками с двойным сцеплением неизбежно демонстрируют ступенчатый разгон, а наиболее оптимальный с точки зрения экономичности режим работы двигателя достигается у них лишь при движении с постоянной скоростью.

Бесступенчатая трансмиссия позволяет ускоряться без запинки, сразу же после нажатия педали акселератора. При этом в силовых установках последнего поколения сглажена характерная особенность автомобилей с вариатором - «зависание» двигателя на высоких оборотах, соответствующих оптимальному режиму его работы, при интенсивном разгоне. Ощущения при вождении стали более естественными, привычными водителям, ранее имевшим дело с машинами, оснащенными традиционными механическими, роботизированными или автоматическими коробками передач. Теперь с ускорением автомобиля обороты мотора нарастают плавно. Кроме того, система управления бесступенчатой трансмиссии настроена так, чтобы автоматически обеспечить режим «торможения двигателем» на затяжных спусках, не заставляя водителя лишний раз переключать передачи. Если все же необходима большая вовлеченность в процесс, эта возможность существует: бесступенчатые трансмиссии, как правило, имеют ручной режим, позволяющий переключать виртуально «фиксированные» передачи.

Переменные диаметры

Благодаря гидравлическому исполнительному механизму, управляемому электроникой, расстояние между рабочими поверхностями шкивов может изменяться. Тем самым достигается оптимальное для данных условий работы передаточное отношение в вариаторе. Для того чтобы автомобиль мог плавно тронуться с места, в трансмиссии присутствует гидротрансформатор - такой же узел применяется и в классических АКП, располагающих рядом фиксированных передач.

Из курса механики

Когда автомобиль набрал высокую скорость, для поддержания его движения требуется минимальный крутящий момент. При этом рабочие поверхности ведущего (соединенного с двигателем) шкива в вариаторе сдвигаются предельно близко, и ремень оборачивается вокруг него с максимальным радиусом. На ведомом шкиве (момент с него передается на колеса) ремень движется, наоборот, по малой дуге - в результате колеса вращаются быстрее, чем коленчатый вал двигателя. При старте и движении с малой скоростью ситуация диаметрально противоположна: для того, чтобы разогнать автомобиль, требуется больший крутящий момент. Соответственно, на ведущем шкиве ремень оборачивается по меньшей дуге, чем на ведомом, а коленчатый вал двигателя вращается быстрее, чем колеса.

При трогании автомобиля с места задействуется гидротрансформатор (показан в тени), как у классических АКП.

Селектор - такой же, как на машинах с гидромеханическим автоматом. Есть и ручной режим, в котором можно перебирать «фиксированные» для удобства водителя передачи.

Один из распространенных типов вариаторов - клиноременный. Такая конструкция у XTronic от Nissan.

Основа конструкции

В основе ремня вариатора -важнейшей его детали, передающей крутящий момент, - две многослойные высокопрочные стальные ленты, устойчивые к растяжению.

Полный контакт

В непосредственное взаимодействие с рабочими поверхностями шкивов вступают металлические пластины сложной клиновидной формы, обладающие высокой твердостью. Ремень вариатора XTronic набран из таких элементов.

Специалисты Nissan отмечают, что вариатор обеспечит максимально эффективную и экономичную работу двигателя практически во всех режимах езды - вскоре после старта с места, при интенсивном разгоне, а также равномерном движении. Трансмиссии с фиксированными передачами, в том числе популярные ныне коробки с двойным сцеплением, обеспечат максимальную эффективность работы мотора лишь при движении с постоянной скоростью.