Какое давление в вариаторе

Проверка жидкости в вариаторе не совсем обычна, т.к на вариаторе нет привычного щупа для проведения такой операции. Покупатели автомобилей с вариаторной трансмиссией должны, как минимум, один раз в 25000 км посетить сервисную станцию, где специально обученные специалисты проверят рабочую жидкость. Понадобится специальный инструмент, щуп (по каталогу Миллера имеющий номер 9336), для проверки уровня, который сильно зависит от температуры и меняется примерно на 12 мм при нагревании с +20°С до +90°С. Поэтому при проверке жидкости уровень он должен быть сверен с таблицей:

Во время измерения давления можно увидеть второй пик вариаторного давления в переходном процессе от движения к остановке – во время снижения коэффициента передачи вплоть до полной остановки автомобиля. После того, как трансмиссия перестала вращаться, CVT не может изменить коэффициент передачи, потому что вариаторы должны вращаться для смены КП. Об этом чуть позже.

Типичные значения рабочих давлений приведены в таблице:

Механика – внутри.

Секреты CVT находятся внутри ее корпуса. Здесь находятся два вариаторных шкива, стальной ремень, помпа высокого давления, клапанные корпуса вместе с соленоидами, планетарный набор шестерен (в том числе и для задней передачи) и пару пакетов муфт (для режимов D и R).

Упрощенно устройство вариатора похоже на цепной привод обычного велосипеда (звездочки и цепь). Вместо цепи CVT использует ремень, движущийся по поверхности шкивов двух вариаторов. Для изменения передаточного числа шкивы меняют свой диаметр.

Первичный шкив вариатора соединен при помощи муфты, которая всегда подключена в режиме D. Входной шкив толкает вторичный при помощи при помощи специального стального ремня, состоящего из множества сегментов. Управление изменением коэфф. передачи происходит модуляцией соленоидов, что приводит к изменению давления внутри каждого из двух вариаторных шкивов.

TCM (transmission control module) может менять расстояние между поверхностями двух вариаторных шкивов. Это позволяет ремню вращаться на первичном шкиве медленнее (имитируя пониженную передачу) или быстрее (имитируя повышенную передачу). Изменяя положение вариаторного шкива, TCM может достигнуть любого коэффициента передачи в диапазоне от 2.349:1 до 0.394:1

Только один компонент соединяет два шкива – это ремень. Как и в вариаторах фирмы Honda, ремень собран из множества стальных сегментов со специальными вырезами, плотно закрепленными между собой при помощи слоеной стальной ленты. Ремень является толкающим, а не тянущим. Это значит, что первичный шкив вариатора толкает вторичный при помощи стального ремня.

Эта концепция предполагает, что сталь не может быть сжата, т.е. ремень не может «износиться» (т.е. растянуться) с течением времени. Поскольку сегменты ремня очень плотно связаны между собой, он работает как единая стальная структура, которая передает крутящий момент от одного шкива к другому. Эта разработка очень сильно отличается от моделей фирмы ZF, которая использует цепи и зубцы, когда один шкив тянет за собой другой.

Во всех конструкциях вариаторов давление является ключевым компонентом. Проскальзывание ремня между поверхностями шкивов может быстро вывести его из строя. Вот почему вариаторные трансмиссии используют сумасшедшие давления и специальные жидкости.

Как можно говорить о передачах, если их нет? Есть, конечно, набор планетарных шестерен, но они используются лишь для переключения между режимами D и R. В режиме заднего хода, сцепление режима D отпускает и включается заднее. Крутящий момент по часовой стрелке поступает через входной вал на кольцевую передачу. Поскольку работает планетарная шестерня, вращение будет направлено в обратную сторону, т.е. против часовой стрелки. Планетарная передача соединена с первичным шкивом вариатора, раз так – вот так просто у нас появилась задняя скорость.

Коэффициент передачи в режиме заднего хода заблокирован во избежание глупых случайностей. Двигатель ведь может оставаться на постоянных оборотах, в то время, как автомобиль будет ускоряться задним ходом. Водитель может этого и не понимать, но автомобиль может (если ему позволено) ускоряться задним ходом быстрее, чем передним. Вот почему при движении задним ходом коэффициент передачи вариаторной трансмиссии заблокирован (рис.6).

Если селектор трансмиссии находится в положении D, поток мощности из гидротрансформатора через входной вал прикладывается к переднему входу, через планетарную передачу. Она соединена с первичным валом вариатора, но находится в выключенном состоянии, ничто ее не удерживает.

TCM полностью управляет коэффициентом передачи (КП) вариаторной трансмиссии. При разгоне, когда требуется большая мощность и отдача двигателя, КП снижается, что увеличивает обороты двигателя – для большей отдачи крутящего момента и лошадиных сил. После того, как водитель отпускает педаль газа и переходит в режим неспешного движения, TCM увеличивает «виртуальную передачу», что снижает обороты двигателя, что увеличивает эффективность и топливную экономию.

Если после некоторого времени равномерно движения водитель нажмет на газ, TCM снова увеличит обороты двигателя и будет удерживать их на этом уровне. А автомобиль тем временем продолжит ускорение. Очень интересное ощущение – управлять автомобилем с вариатором в первый раз. Речь идет не только о переключении передач, просто иногда теряется понимание, насколько быстро Вы едете, несмотря на то, что двигатель не подключен к колесам через какое-то определенное количество шестерней. Я ожидал услышать шум двигателя, который я мог бы «перевести» в скорость автомобиля. С вариатором двигатель может рычать на одних и тех же оборотах – как на крейсерской скорости, так и в городском потоке. Следует лишь немного привыкнуть.

После того, как крутящий момент пройдет через шкивы вариатора, он умножается через блок шестерней холостого хода. Этот блок умножает коэффициент передачи на 1.72; выходные шестерни еще раз умножают коэфф. передачи на 3.55. Суммарный коэффициент передачи меняется от 14.34 до 2.44. Это вполне сравнимо с любыми современными видами трансмиссий.

Блок клапанов

Блок клапанов JATCO CVT состоит из датчиков давления, вариаторных соленоидов давления, гидротрансформатора и уникального шагового мотора для управления распределением давления между первичным и вторичным шкивами вариатора.

Шаговый мотор работает (1) вместе с управляющим клапаном коэфф.передачи (2) и как механическая связь, которая соединяет клапан коэфф. передачи и шаговый двигатель с первичным вариатором (4).

Управляющий клапан коэфф. передачи работает в трех рабочих режимах: наполнять, удерживать и стравливать. Эти режимы определяют конечное положение вариаторов и добиваются заданного КП (рис.10)

Когда TCM (модуль управления вариатором) достиг заданного коэффициента передачи, управляющий клапан (2) переходит в положение HOLD (удержание). Давление в магистрали от насоса подается во вторичный вариатор (5) для установления необходимого натяжения ремня (рис.2). Если TCM дает команду на увеличение коэфф. передачи (чтобы снизить обороты двигателя), шаговый двигатель (1) выдвигается, что перемещает управляющий клапан (2) наружу. Это позволяет давлению рабочей жидкости из магистрали попасть в первичный шкив вариатора (4). Дополнительное давление входит в первичный вариатор, что приводит к сжиманию его стенок и перемещению ремня наружу, т.е. на больший рабочий диаметр (т.о. получается повышенная передача). Как только первичным валом будет достигнут необходимый (заданный TCM) коэффициент передачи, управляющий модуль вновь дает команду клапану (2) перейти в положение HOLD (удержание заданного давления).

Положение управляющего клапана зависит от положения вариатора и шагового двигателя. TCM может изменить соотношение, задействуя шаговый двигатель, позволяя вариатору менять коэффициент передачи до тех пор, пока управляющий клапан (2) не вернется в положение HOLD. Это возможно из-за того, что все три элемента механическую связаны между собой.

Жидкость, освобождающаяся из вторичного вариатора, контролируется вторичным датчиком давления и клапаном (3). Если соленоид активирован, давление рабочей внутри вторичного вариатора (5) может как снижено до 0, так и направлено для увеличения прижима ремня. Все это тоже управляется при помощи TCM.

Во время увеличения коэфф. передачи давление во вторичном вариаторе снимается, что позволяет изменить его диаметр. Как только изменение завершено, давление из магистрали снова направляется во вторичный шкив для натяжения ремня (рис.11)

Во время уменьшения коэфф. передачи трансмиссии (переключение на пониженную), TCM дает команду шаговому двигателю открыть управляющий клапан в положение «стравить давление». Жидкость из первичного вариатора вытекает, что позволяет стенкам расшириться и ремень перемещается на меньший рабочий диаметр.

Вторичный вариатор сохраняет внутреннее давление магистрали, что приводит к сжатию его стенок и перемещает ремень на внешний, больший диаметр. В итоге получается «переключение на пониженную». Как только коэфф. передачи уменьшится до требуемого, управляющий клапан переходит в положение HOLD, давления в первичном и вторичном вариаторах стабилизируются.

Очевидно, что указанные процессы могут происходить на любых скоростях и при любых оборотах двигателя. TCM использует электрические сигналы, такие как датчик положения педали газа, температура рабочей жидкости, датчики скорости (CKP, ISS, OSS), давления, текущего коэфф. передачи и тд – все это для того, чтобы вычислить необходимое в данный момент соотношение первичного и вторичного валов вариатора.

Итак, мы рассмотрели в первую очередь управляющий клапан коэффициента передачи и вторичный клапан давления, но в CVT трансмиссии JATCO есть еще много очень важных клапанов.

Рассмотрим клапан регулировки давления. Масляная помпа (рис.12) способна вырабатывать давление вплоть до 70 bar, но не все элементы CVT требуют именно такого давления. Номинальное рабочее давление 55 bar. Регулятор давления снижает давление в магистрали до трех рабочих уровней:

1) 15 bar – максимум для сцеплений
2) 10 bar – максимум для гидротрансформатора
3) 4 bar – максимум для схем смазки и охлаждения

Клапан регулировки давления в магистрали (рис.13) определяет общее максимальное давление в трансмиссии. Все остальные давления преобразуются именно от него, что может составлять от 5 до 60 bar, в зависимости о текущий условий. Давление регулируется соленоидом магистрали, который управляется при помощи ШИМ от модуля управления трансмиссией (TCM). Давление магистрали идет прямо в управляющий клапан коэфф. передачи и вторичный клапан для изменения диаметров шкивов и нормализации нагрузки на ремень (рис.14).

1. Secondary Puller Regulator
2. Pressure Regulator 1
3. Pressure Regulator 2
4. TCC Regulator Valve
5. Manual Valve

Клапан снижения давления уменьшает давление из магистрали до 1 – 15 bar, необходимого для муфт переключения режимов D/R. Давление выбирается необходимым из условия предотвращения проскальзывания пакетов фрикционов.

При включении режима R или D, соленоид гидротрансформатора модулируется сигналом ШИМ для того, чтобы обеспечить плавное включение клапана. Если автомобиль находится в режиме D или R, широтно-импульсная модуляция (ШИМ) позволяет плавно управлять клапаном гидротрансформатора от режимов «включено» до «выключено».

Соленоид гидротрансформатора управляет приложенным к гидротрансформатору давлением. После того, как клапан гидротрансформатора перемещается в положение «включено», давление рабочей жидкости поступает в гидротрансформатор. Регулируемое давление позволяет ему плавно работать. Давление в гидротрансформаторе может меняться от 0 до 10 bar.

В отличие от вариаторов фирмы Honda, JATCO использует гидротрансформатор. Его основная цель – обеспечить плавное ускорение автомобиля из положения «стоп» путем полного гидравлического отключения трансмиссии от двигателя. Гидротрансформатор работает на небольших скоростях, ориентировочно до 19 км/час.

Одним из преимуществ вариаторной трансмиссии является его повышенная эффективность и неограниченный набор «виртуальных скоростей», поэтому TCM настроен на как можно более «раннее» отключение (блокировку) гидротрансформатора.

Электроника

CVT имеет три соленоида, управляемых ШИМ (широтно-импульсной модуляцией): давления магистрали, давления вторичного шкива вариатора и гидротрансформатора. В добавок к ШИМ-управляемым электромагнитам, в CVT есть один соленоид с двумя рабочими положениями: «вкл» и «выкл» клапана блокировки гидротрансформатора (рис.17)

Соленоид давления магистрали управляется командами TCM. Его типичное сопротивление находится в пределах 3 – 9 Ом. В случае любой его неисправности предусмотрен широкий список кодов диагностики (DTC): P0746, P0962, P0963.

Управляющий соленоид давления вторичного шкива вариатора регулирует положение второго вариатора при помощи клапана давления. Этот клапан стравливает давление рабочей жидкости из вторичного шкива в момент переключения на пониженную «передачу». Т.к. от этого зависит правильное натяжение ремня, очень важно, чтобы этот соленоид и связанный с ним клапан работали корректно. В случае неисправности в схеме вторичного вала вариатора преулсмотрены следующие коды ошибок: P0776, P0777, P0966 и P0967. Управляющий модуль (TCM) все время контролирует давление во вторичном шкиве. Если заданное и текущее значения давлений не совпадают, будет записан код диагностики (DTC).