АБКПфирмыVanDoorneTransmissie – VDT

Начало применению бесступенчатых передач было положено в 1959г. На автомобиле DAF-600 с двигателем мощностью 16 кВт (22 л.с.) была впервые установлена бесступенчатая передач –а, получившая название Variomatic. Регулирование передачи Вариоматик происходило по двум параметрам: частоте вращения коленчатого вала и нагрузке на двигатель, определявшейся разряжением во впускном коллекторе. Трогание автомобиля с места осуществлялось при помощи центробежного сцепления.

Некоторые характерные параметры этой передачи были следующие. Диапазон регулирования Д_к = 4,33; минимальный радиус
изгиба ремня 93 мм. Для передачи максимального момента 85 нм использовались два клиновидных ремня шириной 25 мм. Позже модернизированная передача Variomatic была установлена на автомобиле Volvo 343.--
По сравнению с механической четырехступенчатой
коробкой передач она показала несколько худшие результаты. Увеличение расхода топлива в ездовом цикле составило 10%. Это можно
объяснить относительно небольшим диапазоном регулирования и низким к.п.д. бесступенчатой передачи, который составлял максимально 80%. Долговечность ремня соответствовала 50000 км пробега автомобиля.

Дальнейшее расширение диапазона регулирования вариатора
было проблематичным, так как минимальный радиус изгиба ремня не
удавалось сделать менее 93 мм, а долговечность клинового ремня,
как уже отмечалось, не превышала 50000км пробега. В связи с этим
усилия конструкторов и исследователей были направлены на улучшение конструкции гибкой связи и ее характеристик. Многие фирмы
проводили и до сих пор ведут активные работы по созданию более
прочных клиновых ремней на основе резины с армированием или
нитями из синтетических волокон. Однако успех был достигнут на другом направлении.

 В начале 80-х годов голландской фирмой VanDoorneTransmissie(VDT) и немецкой фирмой PIV AntriebWernerReimers были разработаны новые конструкции гибких металлических элементов и технологии их производства. Это позволило повысить к.п.д. вариаторов, увеличить их долго-
вечность, а также обеспечить приемлемые габариты и массу.

Поскольку для нормального функционирования бесступенчатой передачи на автомобиле необходимо обеспечить плавное трогание, нейтраль и задний ход, в дальнейшем были проведены работы по совершенствованию конструкций бесступенчатых коробок передач на основе вариатора Transmatic фирмы VDT. В 1984 г. фирмы Форд и Фиат сообщили об оснащении своих автомобилей FordFiesta и FIATUno-70 автоматическими бесступенчатыми коробками передач. В этой бесступенчатой коробке передач применен планетарный механизм со сцепленными сателлитами для реализации переднего и заднего хода. Для того чтобы исключить перегрузку вариатора на заднем ходу, передаточное число выбрано равным близким к i_3х= -1.

При включении сцепления переднего хода планетарный ряд заблокирован, и передаточное число равно единице. Для получения заднего хода включается дисковый тормоз, а сцепление переднего хода выключается. При этом водило, соединенное с валом двигателя, обкатывает сателлиты и приводит в движение через сцепленные сателлиты солнечную шестерню. Передаточное число можно определить из уравнения, которое применительно к рассматриваемому случаю имеет вид:

.

Поскольку ω_к = 0; при р = .

Планетарный ряд управляется мокрыми многодисковыми сцеплением и тормозом. За счет буксования этих элементов осуществляется достаточно плавное трогание автомобиля с места.

 Поскольку ведомый шкив вариатора вращается в ту же сторону, что и ведущий, требуется согласующая передача, для того чтобы вращение главной передачи с дифференциалом было бы в ту же сторону, что и при обычной механической коробке передач.

Голландская конструкция гибкого элемента, использованная в усовершенствованном вариаторе, получившая название «толкающий элемент», представляет
набор тонких трапецеидальных металлических блоков, связанных во-
едино двумя многослойными лентами (рис. 5.1). Каждая лента
состоит из 10 полос мартенситностареющей стали толщиной 0,2 мм. Трапецеидальные блоки штампуются из стальной полосы толщиной 2 мм.
Собирается гибкий элемент установкой многослойных лент в боковые прорези трапецеидальных блоков. Такая конструкция позволяет
иметь минимальный радиус изгиба гибкого элемента 30,5 мм.

К.п.д.
усовершенствованной передачи, получившей в дальнейшем название
«Transmatic», изменяется от 86% при максимальном передаточном числе до 88-90% при полной мощности. На частичных нагрузках к.п.д. снижается.

Испытания одной из версий бесступенчатой передачи с таким вариатором, которые
были проведены в НАМИ, дали следующие результаты.
Максимальный к.п.д. приходится на зону передаточных чисел, эквивалентную
 2-ой - 3-ей передачам механической
коробки передач (1,6-2,2). При этом передаточное число вариатора близко к
1,0. Смещениеi_в от 1,0 в обе стороны снижает к.п.д. Так, при номинальной нагрузке 80 Нм и передаточном числе вариатора 1,0 (эквивалентное передаточное число МКП- 1,8) к.п.д. составляет 90%, а при i_в = 0,5 (0,88
соответственно) к.п.д. снижается до 0,87. К.п.д. передачи также зави-
сит и от передаваемого крутящего момента. Так, напри-
мер, из этого графика видно, что с уменьшением М_к величина к.п.д.
существенно снижается.

Рис.5.1. Устройство гибкого элемента VDT

1-трапецеидальных металлических блоков; 2- многослойнаястальная лента

Усовершенствованным вариатором заинтересовались ведущие
автомобильные фирмы Японии, Америки и Европы. В конце 90-х го-
дов многие японские фирмы (Nissan, Honda, Suzuki, Subaru) ис-
пользовали описанный вариатор на автомобилях с дви-
гателями до N_е = 100 л.с., которые выпускались небольшими серия-
ми. В Европе указанный вариатор использовался на малолитражных
автомобилях FordFiestaN_е = 75 л.с. В Европе значительный инте-
рес к работам в этой области проявила также фирма
ZF, известная своими достижениями в области автоматических
трансмиссий.

АБКП фирмы ZF

Бесступенчатые автоматические коробки передач (АБКП), разработанные фирмой ZF на основе вариатора
Transmatic, отличаются улучшенной компактной конструкцией,
при этом намечается реализация нескольких типоразмеров этой кон-
струкции с входным моментом от 130 Нм до 350 Нм и мощностью от 70 до 250 л.с. В исполнении фирмы ZF эта АБКП получила название
-
«Ecotronic». Характеристики различных модификаций АБКП «Ecotronic» приведены в табл. Фирма ZF предлагает АБКП «Ecotronic» для переднеприводных автомобилей с поперечным расположе-
нием двигателя в четырех вариантах. Они имеют различные массогабаритные показатели и диапазон регулирования (от 5,45 до 5,82). Необходимо отметить, что в конструкции АБКП «Ecotronic», рассчитанных на передачу большого крутящего
момента, и, соответственно, предназначенных для более дорогих и
мощных автомобилей, используется
гидротрансформатор. Несмотря на то, что применение гидротранс-
форматора усложняет конструкцию, а также несколько увеличивает
габариты, этим решается ряд важных проблем. Гидротрансформатор
обеспечивает более плавное трогание и снижает время перехода с минимального передаточного числа на максимальное (режим kick-down). Отсутствие рывков и ударных
нагрузок увеличивает ресурс вариатора, способствует повышению
проходимости автомобиля и комфортности вождения.

Регулирование передаточного числа вариатора осуществляется
гидравлической системой управления. Рабочее давление жидкости
создает масляный насос, приводимый от первичного вала.
Подвижные части ведущего и ведомого конических дисков, являю-
щиеся одновременно поршнями гидроцилиндров, перемещаются под
действием давления жидкости. Отметим, что в целом гидравлические
системы для управления изменением передаточного числа вариаторов
несколько проще по сравнению с гидравлическими системами А-
КП с планетарными редукторами. Это связано с тем, что
в них меньше управляющих устройств (клапанов, гидроаккумуляторов). В тоже время рабочее давление жидкости в АБКП обычно выше, чем в
автоматических коробках передач с планетарными редукторами.

Конструктивное исполнение АБКП «Ecotronic» показано на рис. 5.2, а при использовании гидротрансформатора показано на рис. 5.3.

Представление о топливной экономичности АБКП «Ecotronic» дают следующие дан-
ные. По своим показателям эта бесступенчатая передача примерно
соответствует лучшим 4-ступенчатым АКП, но несколько уступает
пятиступенчатым АКП несмотря на то, что диапазон регулирования
у нее даже несколько больше; она также уступает пятиступенчатым
механическим коробкам передач на 5-7% в смешанных ездовых цик-
лах. Это связано с тем, что к.п.д., вариатора несколько ниже, чем у
зубчатых передач, используемых в механических коробках передач.
Кроме того, дополнительное снижение к.п.д. происходит по причине
отбора мощности для привода масляного насоса высокого давления в
системе управления. На рис. 3 приведен общий вид одной из модификаций автоматической бесступенчатой коробки типа Ecotronic (CFT-23) выпуска 2004 г., которая используется на автомобилях FordFocusC-Max, где может применяться также и дизельный двигатель с крутящим моментом до 260 Нм, а вариатор имеет Д_к ≈ 6.0.

Рис. 5.2. Конструкция АБКП «Ecotronic» (VT1F) с сухим сцеплением

Рис.5.3. Конструкция АБКП «Ecotronic» CFT-23 с гидротрансформатором