Принцип работы вариаторной коробки передач: Устройство вариатора и принцип работы

---

Устройство вариатора и принцип работы

С каждым годом в автомобильной отрасли происходят существенные изменения: разрабатываются все новые устройства и аппараты для облегчения вождения и улучшения качества поездки. Постепенно все общепринятые приборы заменяются наиболее удачными изобретениями. Не стала исключением и всеми известная коробка передач.

Если вы страстный автолюбитель, то наверняка не раз сталкивались с названием – бесступенчатый вариатор. Эта новинка наших дней была придумана много лет назад. Еще одаренным Леонардо да Винчи в 1490 году. Но воплотить ее в жизнь смогли только в 1950 годах. Первым легковым автомобилем с такой трансмиссией стала 600-я модель от фирмы «DAF». В ней установили вариатор под названием «Variomatic», затем эстафету перехватила компания «Volvo». Сейчас многие автомобильные компании стали поставлять на рынок свои автомобили именно с такой трансмиссией.

Отличие вариатора от других коробок передач

Механическая коробка (МКПП) имеет пять скоростей, автоматическая (АКПП) – восемь, а вариатор обладает неограниченным количеством передач. Но это не главная разница. Для уяснения ситуации, немного опишем принцип действия двигателя, чтобы понять, в чем удобство использования вариатора.

Устройство механической коробки передач

Итак, в привычных ступенчатых коробках передач есть существенный недостаток – они имеют фиксированные передаточные числа, которых на дороге порой недостаточно. Даже при езде по абсолютно ровной поверхности двигатель должен, разгоняясь преодолевать внешнюю нагрузку – силу инерции, а затем, достигая идеального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он набирает скорость. А после этого передача становится низкой. Для ее повышения необходимо использовать большее количество ступеней, а в коробках передач их заложено определенное количество. Да еще при переходе на каждую из них происходит рывок. Поэтому возникло решение убрать ступени трансмиссии. В результате получили вариатор. Он представляет собой идеальный вариант, в котором смена скоростей происходит плавно без скачков.

Этот аппарат постепенно изменяет крутящий момент на ведомом и ведущем диске. Он начинает свое движение плавно, в отличие от других коробок передач. Авто, оснащенное им, ведет себя так, как будто на нем стоит мощный электродвигатель. Скорость машины увеличивается плавно, без постороннего шума. Из-за того, что вариатору не требуется переключения передач, авто с ним набирает скорость быстрее, чем с другими КПП.

Клиноцепной вариатор

К тому же автомобиль с вариатором намного проще в управлении. С ним под силу справиться даже начинающему автолюбителю, так как такой вид трансмиссии не реагирует на манеру вождения водителя и не способен заглохнуть. Даже при стремительном разгоне двигатель работает очень тихо, по сравнению с другими коробками. Если полностью притопить педаль газа, то произойдет молниеносное ускорение автомобиля без характерного «рычания».

Как ездить на вариаторе

Некоторым не нравиться, что мотор никак себя не проявляет при смене скорости, но это непривычно тем, кто привык ездить на автоматике или спортивных машинах, где «рёв» добавляет адреналина водителю.

Эта трансмиссия обладает большими возможностями, это подтверждает и тот факт, что до 1994 года на гонках болидов Формулы-1 ее нельзя было использовать.

Ведущие автомобильные производители наладили выпуск моделей вариаторов, создаваемых на своем предприятии, а чтобы выделить их из основной массы каждая фирма дала определенное название изобретению. Бесступенчатая КПП «Lineartronic» была разработана Subaru, «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz, Multitronic — Audi, а «Multidrive» — Toyota. Некоторые фирмы выпустили по два варианта вариатора:

• «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan;
• «Ecotronic» и «Durashift CVT» — творения от Ford

Чтобы автолюбителям сразу было понятно, что на машине стоит вариатор ему присвоили обозначение CVT. В ней зашифровано три слова – постоянно изменяющаяся трансмиссия (Continuously Variable Transmission).

Принцип работы вариатора и его устройство

Бесступенчатая коробка плавно изменяет крутящий момент в заданных промежутках регулирования. Это достигается за счет ее особой конструкции, которая состоит из следующих компонентов:

• вариатора;
• механизма сцепления;
• аппарата для передачи реверса;
• процессора с исполнительным устройством.

В качестве автоматического сцепления выступают разные виды устройств. Без них крутящий момент сразу же передавался бы на колёса, а так указанный узел будет отвечать за плавную передачу движения. Сцепление может быть:

• центробежным – технология «Transmatic»;
• мокрым многодисковым – представители «Multimatic» и «Multitronic»;
• электромагнитным — вариатор «Hyper»;
• гидротрансформаторным.

Последний вид применяется на большинстве авто. Он обеспечивает плавную работу двигателя без рывков и продлевает жизнь вариатору. На высоких оборотах входит в режим полного зацепления, при котором исключается проскальзывание. Но часть его мощности может уходить в нагрев. А бывают случаи, что он перегревается, об этом становиться известно по зажигающейся красной лампочке на приборной доске.

Устройство вариатора

Работа вариатора осуществляется с помощью электронного блока. Он отвечает за следующие функции:

• управление сцеплением;
• изменение передаточного отношения между валами вариатора;
• контролирование работы планетарного редуктора;
• обеспечение действия реверсивного аппарата.

К электронному блоку передается информация от множества датчиков. Поэтому его работа взаимосвязана с показателями оборотов двигателя, давления в шинах, ABS и т. д. Сбор информации фильтруется в аппарате, и он автоматически настраивается на нужное передаточное число.

Но вариаторы не могут самостоятельно производить задний ход авто, поэтому для этих целей предусмотрен планетарный редуктор. Принцип действия, которого схож с работой в автоматической коробке.

Водитель при управлении транспортом с CVT проделывает практически те же действия, что и при использовании АКПП. Но они немного упрощаются, он выбирает только режим, а остальное выполняет за него удобное устройство вариатора. Также оно позволяет повторить некоторые манипуляции, возможные в привычных КПП. Например, можно зафиксировать определенное передаточное соотношение. Некоторые водители не чувствуют разгона машины, и потому относят постоянную частоту оборотов коленвала к недостаткам аппарата, но к этому надо привыкнуть и со временем удобство бесступенчатой коробки станет очевидным.

Виды вариаторов

Существуют несколько разновидностей. Они отличаются между собой по своей конструкции.

Клиноременной механизм

Это самый распространенный агрегат. В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнем. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем ее заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.

Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.

Принцип работы

Принцип действия

При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина. В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот. В промежутках между этими состояниями ремень становится прямым. Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счет этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.

Клиноцепной вариатор

Вместо ремня в такой конструкции используется цепь. Отсюда и название вида. Звено такого устройства представляет собой несколько пластинок, которые между собой объединяются цилиндрическими осями. Они обеспечивают наименьший радиус изгиба. Цепь изготовлена из высокопрочной стали, так как при работе постоянно находится в контакте с конусовидными дисками и претерпевает сильные нагрузки. Такая работа сопровождается высокими температурами, и чтобы их снизить в вариаторе предусмотрели охлаждение жидкости в принудительном порядке.

За счет использования цепи удалось уменьшить радиус изгиба, он может быть 25 мм, поэтому такой вид вариатора имеет больший диапазон передаточных чисел. Клиноцепной вид отличается от своих аналогов наибольшим КПД, но из-за этого имеет и самую высокую стоимость. Такой вариатор был впервые применен на моделях Audi.

Тороидный вид вариатора

Он не содержит ни цепи, ни ремня. Движение дисков, которые применяются вместо шкивов, происходит при помощи роликов, создающих крутящий момент между ними. Передаточное число меняется при смене положений роликов и изменением их радиусов, которые обкатывают диски. Их поворот осуществляется за счет определенных устройств. Они способны регулировать силу прижатия роликов к дискам. В каждом таком вариаторе автомобильные фирмы применяют свои устройства. Например, компания Ниссан в своем аппарате «X — Tronic» заложила гидравлический механизм, управляемый электроникой. Он перемещает ролики вверх и вниз на самые малые расстояния, а затем из-за сдвига они проворачиваются самостоятельно.

Принцип работы

Такой вид вариатора применяется реже всех, но за ним будущее.

Достоинства и недостатки вариатора

Любое изобретение имеет какие-то недоработки, не стал исключением и CVT. Его слабые стороны пытаются устранить, а пока они существуют, стоит о них знать:

1. Такие коробки передач не устанавливают на мощные авто, хотя уже есть несколько экземпляров именно с ними.
2. Ремонт CVT требует больших материальных затрат, и к тому же его осуществляют не на всех СТО. Очень сложно найти специалиста, который бы хорошо разбирался в устройстве данного типа.
3. Работа вариатора зависит от показаний множества датчиков, и если вдруг выйдет из строя хотя бы один из них, то это может привести к неправильной работе всей системы трансмиссии.
4. Такой аппарат требует заполнения внутренней его части специальной жидкостью, которая отличается высокой стоимостью в сравнении с аналогами, предназначенными для АКПП. А также ее уровень необходимо постоянно контролировать.
5. Трансмиссия испытывает большие нагрузки.
6. С данной коробкой передач существуют определенные ограничения по буксировке автомобилей, а также при использовании прицепов.

Неисправности вариатора

Но машина с вариатором имеет множество существенных преимуществ:

1. Удобство поездки на автомобиле с бесступенчатой КПП.
2. Плавность движения машины – стремительный разгон и торможение не вызывает рывков, как при использовании других коробок передач.
3. Стабильность показателей при достаточно продолжительном движении.
4. За счет оптимальной нагрузки на двигатель и продуманности работы автомата происходит существенная экономия топлива.
5. Уровень вредных веществ, создаваемых отработанными газами ниже, чем в автомобилях с АКПП И МКПП.
6. Безопасность езды на обледенелых дорогах, так как вариатор исключает пробуксовку колес.
7. Электронное управление работой двигателя увеличивает срок его износа, предотвращает от частых ремонтов.
8. Авто с вариатором ездит намного тише, чем с обычными коробками.

Новинки вариаторов

С каждым годом все больше автопредприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их характеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Данный вид отличается своими серьезными характеристиками:

• имеет наибольшее передаточное число. Его диапазон увеличен на двадцать процентов от обычного вариатора, поэтому он способен быстрее набирать скорость и тормозить. Это число 7.3:1. Оно выше, чем на автоматической коробке передач с семью ступенями;
• масса нового изобретения уменьшена на 13%;
• оснащен ASC. Эта система подбирает наилучшее передаточное число во время движения, при разгоне и торможении.

Вариатор фирмы JATCO

Сейчас представители компании «Porsche» подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариатора. Они улучшают характеристики комфортности поездки, разгона и торможения. Увеличивают КПД и уменьшают расход топлива. Хотят сделать такой вариант бесступенчатой трансмиссии, при котором вариатор станет схож с 8-ми ступенчатой АКПП.

Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полностью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизированные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

что это такое, принцип работы и устройство

Трансмиссия в автомобиле обеспечивает возможность изменения крутящего момента и передачу его на ведущие колеса. И одним из основных ее элементов является коробка передач. Причем данный узел, используемый на авто, бывает нескольких типов – механическая, автоматическая, роботизированная, вариаторная. Что касается последней, то появился такой тип КПП не так уж и давно, но при этом активно завоевывает популярность. Далее мы разберемся, что такое вариаторная коробка передач, как она работает, чем хороша и какие у нее минусы.

Вариатор (также известный как Continuously variable transmission или CVT) — далеко не новый тип трансмиссии на автомобилях. Первая такая коробка появилась в 1959 году, но из-за невозможности в то время решить некоторые технические проблемы, распространения данная КПП на автотранспорте не получила, зато она оказалась неплохим вариантом для мототехники, в частности – скутеров. Вторая попытка использовать вариаторную коробку на авто была в 1984 году. И так постепенно данный тип КПП заинтересовал автопроизводителей и все чаще его стали использовать.

Принцип работы вариаторной коробки передач

Главная особенность этой коробки – плавная бесступенчатая смена передаточного числа. То есть, если в других типах повышение или понижение числа выполняется на заданные значения, так называемые ступени, то в вариаторе их нет. Благодаря этому она способна более точно производить передачу усилия от силовой установки к ведущим колесам.

На автомобилях распространение получило два типа вариаторных КПП – клиноременные и тороидные, при этом первые более распространены.

Работа клиноременного вариатора построена на передаче передаточного числа при помощи специального ремня, установленного между двумя шкивами. Первый шкив является ведущим и связан он с силовой установкой, а второй – ведомый, обеспечивающий дальнейшую передачу усилия на колеса.

Схематичное изображение работы вариаторной коробки передач

Изменение числа производится за счет меняющегося диаметра шкивов. Для этого каждый из шкивов сделан разборным и состоит он из двух половин конической формы, которые посажены на вал. Схождение-расхождение этих половин позволяет менять диаметр в точке контакта шкива с ремнем.

Работает все так: при начале движения должно обеспечиваться максимальное тяговое усилие. Для этого половины ведущего шкива разводятся, а поскольку форма их коническая, то в точке контакта диаметр шкива будет минимально возможным. Половины ведомого же наоборот – сведены, что обеспечивает в месте взаимодействия ремня со шкивом максимальный диаметр. В результате для того, чтобы ведомый шкив сделал один оборот, ведущему необходимо их сделать несколько. Но при этом и нагрузка на двигатель минимальна.

Анимация илюстрирующая принцип работы вариаторной коробки передач

По мере набора скорости передаточное число должно меняться в меньшую сторону, что обеспечивает снижение тягового усилия, но повышает скорость вращения на ведомом валу. Для этого половины ведущего шкива начинают сходиться, что приводит к увеличению диаметра в точке контакта, а ведомого – расходиться.

При максимальном диаметре ведущего шкива и минимальном – ведомого, за один оборот первого, второй сделает их несколько, поэтому скорость вращения – максимальная, но и нагрузка на двигатель больше. Таким образом, за счет изменения диаметров достигается бесступенчатая смена передаточного числа.

В тороидном типе вариатора конструкция несколько иная. У него передача усилия выполняется роликами, зажатыми между валами, имеющими тороидную форму и расположенными на одной оси.

Nissan Motors Extroid CVT — Тороидный тип вариатора

Изменение передаточного числа обеспечивается за счет смены положения роликов. Максимальное тяговое усилие обеспечивается в положении роликов, когда они повернуты в сторону ведомого вала. За счет тороидной формы валов, у ведущего в точке контакта с роликом диаметр будет минимальным, а у ведомого – максимальный.

Для уменьшения передаточного числа и увеличения скорости вращения, ролики поворачиваются в сторону ведущего вала, при этом диаметры в точках контакта изменяются.

Устройство вариаторной коробки передач

Поскольку клиноременные вариаторы более распространены, то дальше и будем рассматривать их конструкцию. Такая коробка передач состоит их нескольких основных составных частей. И первая из них – сцепление, без которого не обойтись, поскольку оно обеспечивает возможность отключения силовой установки от трансмиссии.

Наибольшее распространение на вариаторных коробках получило гидротрансформаторное сцепление, которое также используется и на автоматических и роботизированных коробках. Но некоторые автопроизводители используют и другие типы сцепления — центробежное, электромагнитное или многодисковое «мокрое».

Вариаторная коробка в разрезе.

Основной составляющей КПП является сам вариатор, и главным элементом в нем считается ремень, поскольку именно он обеспечивает передачу. Хотя и ремнем его можно назвать лишь условно. А все потом, что состоит он из металлических лент, соединенных между собой особыми фасонными частями, имеющими форму бабочки и придающих ремню клиновидную форму. Рабочей частью у него являются боковые поверхности, которые контактируют с поверхностями половин шкивов и обеспечивают передачу вращения за счет сил трения. 

Некоторые производители вместо ремня используют цепь, при этом сама коробка с таким элементом привода называется клиноцепной. Особенностью цепи является то, что она состоит из большого количества звеньев, что обеспечивает малый радиус изгиба. Рабочая поверхность у нее – торцевая.

Поскольку все элементы вариатора работают под значительными нагрузками, то изготавливаются они из высокопрочной стали, что позволяет значительно повысить ресурс коробки.

В разных конструкциях вариаторов перемещение половин шкивов по валам обеспечивается за счет усилий, которые создаются пружинами, жидкостью или за счет центробежной силы.

Еще один вариатор в разрезе (реальное фото).

Одной из основных проблем вариатора – отсутствие реверсного вращения ведомого вала. Поэтому, чтобы решить ее и обеспечить автомобилю возможность движения задним ходом, в конструкцию коробки включена планетарная передача, позволяющая менять направление вращения. Но при этом наличие такого механизма значительно усложняет конструкцию коробки, но и без него не обойтись.

Последней составной частью вариатора является механизм управления. На данном типе коробки передач используется электронное управление, которое полностью контролирует работу вариатора, обеспечивает синхронное изменение диаметров на шкивах, включает и отключает сцепление и планетарный редуктор.

Управление же коробкой осуществляется селектором, которым задаются режимы работы, аналогичные автоматической коробке. То есть, водитель задает режим, а электронный механизм управления выполняется его на вариаторе.

Видео о вариаторной коробке переключения передач

Плюсы и минусы вариаторной коробки передач

Плюсами вариаторной коробки передач являются:

• Плавность набора скорости, отсутствие рывков;
• Более интенсивный разгон;
• Легкость управления;
• Топливная экономичность;

Но есть у такого типа трансмиссии и свои минусы:

• Сложность и дороговизна ремонта;
• Невозможность работы с двигателями большой мощности;
• Чувствительность к условиям эксплуатации;
• Надобность в постоянном контроле и своевременной замене смазочных материалов.

Похожие публикации

Вариатор: устройство, виды, принцип работы вариаторной коробки передач

Вариатор или вариаторная КПП представляет собой бесступенчатую трансмиссию, позволяющую автоматически регулировать передаточное число для преобразования крутящего момента, передаваемого от двигателя на колеса автомобиля.

Как правило, вариаторные КПП устанавливаются на легковых авто, квадроциклах, мотороллерах и снегоходах. Если мы говорим об автомобилях, то в большинстве случаев они  могут оснащаться клиноременным или тороидным (были попытки, но на сегодняшний день все они, похоже, прекращены) вариатором.

Наиболее популярным стал клиноременный вариатор, который впервые был установлен в автомобилях марки DAF в начале 60-х годов 20 столетия.

Да, вариаторы были изобретены очень давно, еще в 19 веке, но их не использовали из-за того, что наиболее простую конструкцию имеет клиноременный вариатор, но у него проблема всегда были, и остается до сих пор, но об этом чуть позже.

Устройство вариатора

Конструкция вариаторной коробки передач достаточно проста и состоит из следующих деталей и механизмов:

• раздвижные шкивы – щеки, клиновидной формы, которые расположены на валу;
• механизм для обеспечения вращения колес и установки рычага акселератора в нейтральном положении;
• механизм для переключения заднего хода;
• система управления

Вообще, видов вариаторов придумано достаточно много, порядка десяти, но реальную путевку в жизнь, по всей видимости, получит только клиноременный вариатор и его модификации такая, как, например, клиноцепной вариатор.

Схема: Audi AG

Клиноременный вариатор

Для начала рассмотрим устройство клиноременного вариатора, как одной из самых перспективных КПП в будущем. Такой тип вариатора представляет собой соединенные ремнем шкивы и, собственно, все.

Простота конструкции, ее дешевизна и весьма неплохая надежность — все это плюсы клиноременного вариатора, добавьте сюда максимальную эффективность работы двигателя, да еще и обеспечивает экономию топлива по сравнению с механической КПП и АКПП при одинаковой динамике езды.

Полагаю, теперь понятно, почему вариаторам прочат отличное будущее. Но не все так безоблачно. Есть в вариаторе проблемы, которые решаются до сих пор…

Надежность ремня

Ремень испытывает большие нагрузки, поэтому он должен быть очень прочным. До недавнего времени ремень для вариаторов изготавливался так же, как и все остальные ремни, используемые в двигателе для привода различных систем, он был матерчато-резиновым.

Естественно, что он не мог долго воспринимать серьезные нагрузки. Ремень растягивался, рвался довольно быстро, поэтому вариаторы ставили только на маломощные двигатели.

Но потом придумали стальной клиновидный ремень и ремень в виде цепи, что позволило использовать вариаторы на довольно мощных автомобилях, например, Nissan выпускает с вариаторами автомобили с мощностью двигателя 262 л.с., что для большинства автолюбителей, учитывая наши налоги на автомобиль, запредельная мечта.

Устройство стального ремня для вариатора

Вариаторная цепь

Высокий температурный режим работы

Зацепление ремня и шкивов в вариативной коробке происходит за счет сил трения, а это, как все мы знаем, приводит к повышению температуры.

До сравнительно недавнего времени не было технологий, чтобы сделать шкивы и стальной ремень достаточно прочными, чтобы они не разрушались в местах контакта.

В добавок к этому было изобретено специальное масло, которое не снижает трение, а наоборот, увеличивает его. Это необходимо для того, чтобы ремень не проскальзывал, а цеплялся за шкивы.

Помимо этого высокая температура оказывает негативное воздействие на электронный блок управления и частенько, к сожалению, выводит его из строя.

Очень много грязи

Ввиду того, что в вариаторе постоянно трутся с большим усилием ремень и шкивы, то очень быстро накапливаются частички металла, которые сильно загрязняют масло.

Грязное масло, как вы понимаете, начинает разрушать, по сути, всю коробку. Эта проблема решается установкой фильтров, очищающих масло.

Пока вариаторы все же уступают в надежности механике и автоматам, но, тем не менее, компании не прекращают попыток усовершенствовать их, поскольку уж очень заманчивы их плюсы.

Вариаторы, которые сейчас устанавливаются на Nissan при умеренной езде и своевременном техническом обслуживании способны проходить 200.000 км, что не так уж и мало, если разобраться.

Итак, вернемся к работе вариатора клиноременного типа…

Шкивы образуется дисками конической формы, способными совершать движения на сближение/расхождение, с целью изменения диаметра шкива. Диски приводятся в движение вдоль вала гидроцилиндром.

Для соединения шкивов применяется клиновидный ремень, состоящий из тонких полос, изготовленных из металла и связанных между собой специальными пластинками. Вращающий момент достигается благодаря трению, которое возникает между поверхностями шкива и ремня.

На колеса в современных вариаторах вращение передается с помощью гидротрансформатора и  дифференциала.

Включение задней передачи на вариаторе выполняется при помощи планетарки заднего хода. Блок управления предназначен для реализации основных функций вариаторной КПП – управления сцеплением, осуществления контроля над работой редуктора, изменения положения шкивов с учетом рабочих режимов двигателя.

Как уже ранее упоминалось, различают два вида приводных вариаторов – клиноременный и клиноцепной.

Клиноцепной вариатор оснащается цепью, состоящей из металлических звеньев (или пластин), соединенных осями клиновидной формы. Подобная конструкция цепи является более гибкой и эффективной для преобразования и передачи вращательного момента на колеса.

Если в клиноременном вариаторе, вращение колес обеспечивается за счет толкательного усилия, то в клиноцепном вариаторе – благодаря тянущему усилию.

Клиноцепные вариаторы использует на своих автомобилях Audi и Subaru.

Тороидный вариатор

Такой тип вариатора состоит из двух валов (дисков, похожих на бублик) клиновидного типа, один из них является главным, другой – ведомым. Между валами расположены ролики, совершающие передвижения в вертикальном направлении, а также вращения в горизонтальном направлении вокруг собственной оси.

Передаточное число в вариаторе данного вида изменяется за счет выбранного положения роликов, а также их радиусов. Иными словами, когда ролик соединяется с маленьким радиусом главного вала и большим радиусом второстепенного вала – происходит переключение на низкую передачу.

Выбор высокой передачи осуществляется в обратном порядке. Переход на прямую передачу происходит в том случае, когда ролик соприкасается с валами в одном радиусе.

Сложная конструкция и отсутствие технологий и материалов, способных выдержать нагрузки в таком устройстве пока заставили производителей отказаться от этого вида вариаторов, но такие автомобили существовали в реальности и выпускались массово, например Nissan Cedric.

Принцип работы вариатора

Принцип работы вариатора понять очень просто, если вы хотя бы раз катались на горном или спортивном велосипеде, имеющем по несколько звездочек у педалей и на заднем (приводном) колесе.

Вы наверняка знаете, что если у педалей перекинуть цепь на самую маленькую звездочку, а на колесе выбрать самую большую, то педали крутятся очень легко, можно взобраться в почти любую гору, но при этом невозможно сильно разогнаться.

Для разгона необходимо сделать все наоборот:  у педалей цепь перекинуть на самую большую звездочку, а на колесе – на самую маленькую.

Это будут два крайних режима работы передачи, а все остальные комбинации промежуточные.

Теперь представьте, что звездочки слились в конус, а цепь превратилась в ремень, перекинутый через эти конусы. Вот и получился вариатор, а принцип работы остался неизменным.

Изменение диаметров конусов (шкивов) на ведущем и ведомом валах позволяют изменять скорость автомобиля.

В процессе езды вариатор только поддерживает наиболее подходящие обороты автомобильного двигателя для обеспечения выбранной скорости движения и динамических показателей автомобиля, что и позволяет экономить топливо.

Для наглядности пара видео с Youtube:

Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?

Для начала запишитесь на тест-драйв и прокатитесь на каком-нибудь автомобиле с вариатором. Если вам понравится то, как этот автомобиль набирает скорость, как он управляется, то задуматься о машине с вариатором стоит.

Зная, что у вариаторов до сих пор есть проблемы с долговечностью, то приходит в голову мысль о том, что если машина новая или прошла совсем немного, то брать ее стоит. Если же пробег у автомобиля более 50000 км, то уже стоит задуматься.

Стоит так же учесть и условия эксплуатации автомобиля. Если вы ездите по хорошим дорогам, не перегружаете автомобиль, не используете его в качестве такси, то взять вариатор и насладиться его преимуществами можно.

Если же вашему автомобилю суждено испытывать различного рода перегрузки, то лучше присмотреться к автоматической или механической коробке передач.

Принцип работы коробки вариатор

CVT — вариаторная коробка передач. Принцип работы

Главным преимуществом вариатора относительно других кпп является максимально эффективное использование мощности агрегата автомобиля с минимальными потерями крутящего момента.

Это достигается за счет оптимального равновесия нагрузки на коленчатый вал и сам автомобиль. В результате такого соотношения достигается высокая экономия топлива, отсутствуют рывки во время переключения передач, отсутствие шума при передвижении и увеличение комфорта.

Специалисты выделяют всего три вида вариаторной коробки передач.

–  клиноременный;

– тороидный;

– клиноцепной.

Клиноременная CVT коробка передач

Как правило, в основе клиноременной CVT коробки передач лежит одна, очень редко две передачи на основе ремня.

Главным элементом является клиновидный ремень, который соединяет два шкива.

Шкив из себя представляет конический диск, в паре шкивы раздвигаются или сдвигаются, в результате меняется диаметр. Чтоб сблизить конусы используется центробежная сила, давление гидравлическое и пружины.

Крутящий момент передается благодаря силе трения между ремнем и боковыми частями шкивов. Такие ремни имеют большой срок эксплуатации, гибкость и низкий уровень шума. Именно такая металлическая конструкция детали дала путь в широкое применение CVT кпп в автомобильной промышленности.

Весь принцип работы клиноременной CVT кпп состоит в синхронном и правильном изменении диаметров шкивов зависимо от состояния работы двигателя. Специальный привод изменяет диаметр шкива. По правилам, при старте движения ведущий шкив автомобиля имеет наименьший диаметр. Во время набора оборот двигателя и ускорения автомобиля, шкивы меняют диаметр, так ведущий шкив становится больше в диаметре, ведомый шкив наоборот уменьшается в диаметре.

Клиноцепная вариаторная коробка передач

В клиноцепной коробке передач используется металлическая цепь, состоящая из пластин, соединенных специальными осями. Плюсом такой цепи является большая гибкость. 

Сами конические диски сделаны с высокопрочной стали, с которой делают подшипники. Благодаря использованию такой технологии потери мощности при передаче будут минимальными, а коэффициент полезного действия будет максимальным. 

Тороидная CVT коробка

В основе лежат сферических два соосных вала, между ними расположены (зажаты) ролики.

Меняя положение роликов, меняется и передаточное число в вариаторе. Крутящий момент передается за счет трения рабочих поверхностей роликов и валов. Детали изготавливаются из самой прочной стали, соответственно и цена автомобиля с такой кпп будет подороже, чем на основе ремня или цепки.

Плюсом такой CVT коробки считается долговечность и максимальная передача крутящего момента.

Принцип работы вариаторной кпп

Так уже устроена вариторная коробка передач, что крутящий момент может передавать только вперед, то есть реверсное движение CVT коробка самостоятельно обеспечить не может.

Для этого стали применять дополнительные механизмы в коробке передач, как правило, используется планетарный редуктор. Его устройство и принцип работы аналогичен, как и в автоматической коробке передач.

Как правило, в CVT коробках передач применяется электронная система управления, она отвечает за синхронную смену диаметров шкивов в зависимости от работы двигателя. Когда один шкив увеличивается в диаметре, другой синхронно будет уменьшатся в диаметре. Так же система управляет одним из видов сцепления, или планетарным редуктором.

Управления вариатором начинается с рычага селектора, аналогично устройству автоматической кпп. В современных CVT коробках передач может быть выбран режим выбора фиксированного передаточного числа, аналогично функции Tiptronic. В большей части эта функция рассчитана на психологию водителя, чтоб позитивно воспринималась постоянная частота нагрузки двигателя при разгоне.

Видео: принцип работы CVT коробки передач

//www.youtube.com/embed/QOGfKG3qIDQ?rel=1&wmode=transparent//www.youtube.com/embed/Gnv4Ab3GyXI?rel=1&wmode=transparent//www.youtube.com/embed/8VYPsrOyIdw?rel=1&wmode=transparent

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как устроен вариатор на автомобиле: Принцип работы Плюсы Минусы

Изначальный вариант трансмиссии в автомобилях — это механическая коробка передач. И за столь долгое время существования уже все водители к ней привыкли и даже приспособились. Теперь же в связи с активным развитием автомобильной промышленности появляются другие механизмы, которые призваны облегчить вождение и внести толику обновленного комфорта. Одним из таких узлов является вариатор. Можно даже уточнить, что это разновидность автоматической трансмиссии (АКПП). Но как устроен вариатор на автомобиле, из чего он состоит и как работает? Но главное — в чем его отличие от традиционного узла трансмиссии? И что это такое?

Все эти и другие сопутствующие вопросы достойны внимания и хорошего разбора. Собственно этим сейчас и займемся.

Главная отличительная особенность

Чем автомат отличается от вариатора? Начнем, пожалуй, с упоминания главной характеристики, которая отличает этот механизм от механической и автоматической коробки. МКПП, как правило, обладает шестью скоростями (5 в прямом и 1 в обратном направлении).

У автоматической коробки их насчитывается до 8, а то и 9. Что касается вариатора, то их бесчисленное множество, что обусловлено устройством этого механизма. Его даже можно считать альтернативой АКПП. Чтобы в точности понять, как устроена эта коробка, стоит описать принцип работы силового агрегата.

У всех привычных для нас трансмиссионных агрегатов (и МКПП, и АКПП) имеется один существенный минус — это фиксированные передаточные числа. И порой того, что имеется, не хватает.

Даже передвигаясь по ровной дорожной поверхности, машине приходится сопротивляться силе инерции. По достижении баланса между оборотами и передаточным отношением она начинает разгоняться. Затем передача понижается, а для ее повышения требуется большее количество ступеней, но в обычных КП их численность ограничена.

Вдобавок каждый раз, когда водитель переключается с одной передачи на другую, возникает рывок, что опять-таки обусловлено технологическими особенностями механизма. А значит, пора искать другие решения. Поэтому появилась идея заменить ступени трансмиссии рациональным вариантом. Так и родилась вариаторная коробка передач.

Изменение крутящего момента происходит постепенно, то есть не так как в других механизмах. Присутствие этого агрегата ощущается так, словно машину приводит в движение не ДВС, а мощный электродвигатель. Причем автомобиль набирает скорость плавно и бесшумно. И если сравнивать традиционный порядок переключения передач с его рассматриваемым аналогом, разгоняется машина заметно быстрее.

Вдобавок машинами, оснащенными вариаторными коробками, намного проще управлять. Даже автолюбитель в отсутствии опыта найдет общий язык с такой машиной, так как трансмиссия никак не реагирует на стиль вождения и не глохнет.

Осознанный выбор брендов мирового масштаба

Именитые производители уже признали аналог автоматической трансмиссии надежным и уже даже стали изготавливать их. А чтобы не было путаницы в этой массе механизмов, каждая компания нарекла продукцию фирменным именем:

• Subaru — бесступенчатый вариант в лице «Lineartronic».
• Honda производит «Multimatic».
• Mercedes-Benz — «Autotronic».
• Audi — «Multitronic».
• Toyota — «Multidrive».
• Nissan — изготавливает две разновидности:
• Ford — как и у бренда выше, у этой известной фирмы тоже собственная линейка, состоящая из двух моделей:
  • «Ecotronic».
  • «Durashift CVT».

Как проверить при покупке автомобиля вариатор в нем или автомат? Чтобы потенциальные владельцы понимали, какое именно перед ними транспортное средство (с АКПП или альтернативной ее версией), оно обозначается дополнительным индексом CVT в названии. Полностью аббревиатура расшифровывается так: постоянно изменяющаяся трансмиссия или оригинальный вариант — Continuously Variable Transmission.

Разновидности

Есть несколько типов, каждый из которых обладает технологическими особенностями:

• клиноременной;
• клиноцепной;
• тороидный.

Из всех трех вариаций именно клиноременной механизм встречается намного чаще, нежели другие представленные аналоги. Таким вариантом снащены 95% машин из общей численности транспортных средств с подобного рода трансмиссией.

Клиноременный агрегат

Как правило, здесь фигурирует одна передача, в редких случаях их две. Устройство вариатора автомобиля включает два шкива:

• ведущий;
• ведомый.

Они оба соединены клиновидным ремнем. Изначально он изготавливался из армированной резины, однако позднее она была заменена стальными пластинами. Такой ремень уже обеспечивает передачу крутящего момента больших значений, и у него меньший радиус изгиба. Вдобавок такой вариант отличается долговечностью.

Конструкция самих шкивов тоже оригинальная — это две конусовидные половины, имеющие уклон в сторону оси вала. Пока задействован вариатор, эти части время от времени то сближаются, то отдаляются.

Принцип работы

Принцип работы вариатора тоже основан на «ступенях», но здесь они создаются программно. К примеру, в тех ситуациях, когда необходима тяга, а не скорость — преодоление снежного покрова или слишком грязного участка дороги.

Как мы помним, шкивы то сходятся, то расходятся. При их раздвижении ремень лента уходит внутрь, а в ходе сближения он принимает форму клина. Это оказывает влияние на передаточное число. При схождении шкивов оно увеличивается, а когда они удаляются — уменьшается.

Но что руководит подвижными элементами? За это обычно отвечают пружины и центробежная сила, которая создается при помощи гидравлического привода, а он находится под контролем электроники. Именно она задает все необходимые условия, столь нужные для эффективной работы CVT в автомобиле. Благодаря этому увеличивается ресурс, и снижается расход топлива.

Клиноцепной вариант

Здесь уже ремень заменен цепью, а само звено при этом образовано множеством пластин, скрепляющихся цилиндрическими осями. Такой подход обеспечил снижение радиуса изгиба. Для изготовления цепи используется высокопрочная сталь. Когда задействован вариатор на машине этот элемент находится в тесном контакте со шкивами и принимает на себя колоссальные нагрузки. В результате повышается температура до больших значений, и возникает необходимость в охлаждении важных деталей.

Клиноцепной агрегат способен выдать самый большой КПД, если сравнивать с прочими аналогами. Но это приводит к росту конечной стоимости его и автомобиля в частности. Впервые такая конструкция была разработана производителем Audi.

Тороидный механизм

О том, что такое вариатор, мы имеем представление из описанных выше примеров. Но что представляет собой этот зверь? Здесь устройство еще изысканнее — ремня и цепи здесь не найти. Но также есть два диска:

• ведущий;
• ведомый.

Также присутствуют ролики, которые способны изменить положение, исходя из конкретной ситуации. Иными словами именно с их помощью меняется передаточное число. Ролики меняют положение путем воздействия на них специальных устройств. Также они осуществляют регулировку силы их прижатия к дискам. Каждый производитель применяет собственные разработки. Nissan это гидравлический механизм, который находится под управлением электроники.

Принцип действия

Когда ролики обращены к ведомому диску обеспечивается максимальная тяга. Что это дает? Обеспечивается следующее:

• Минимальный контакт между роликами и ведущим диском.
• Максимальное пятно контакта роликов и ведомого вала.

В случае набора скорости необходима обратная последовательность — передаточное отношение нужно снизить, а обороты наоборот — повысить. Следовательно, противоположным образом изменяется и площадь контакта роликов с дисками.

Сильные стороны

Какие же преимущества есть у этого трансмиссионного узла? На автомобиле с бесступенчатой трансмиссией передвигаться в разы удобнее, если сравнивать с прочими коробками. Также имеются другие не менее существенные преимущества:

1. Машина двигается плавно и без рывков даже когда быстро разгоняется или тормозит.
2. Обеспечение стабильности показателей в ходе продолжительного движения транспортного средства.
3. Нагрузка на ДВС распределяется оптимальным образом.
4. Из плюса, приведенного выше, вытекает еще одно полезное качество — это способствует экономному расходу топлива.
5. Количество вредных веществ газа выхлопной системы гораздо ниже, нежели у машин с АКПП или МКПП.
6. Наличие альтернативной коробки позволяет исключить пробуксовку колес. Соответственно повышается уровень безопасности езды по обледенелому покрытию.
7. Благодаря электронному управлению работой силового агрегата увеличивается ресурс трансмиссии, что позволяет снизить количество неисправностей.

К тому же любой автомобиль не издает такого шума, какой можно услышать от транспорта, оснащенного ступенчатой коробкой.

Ряд недостатков альтернативной АКПП

У любой коробки передач плюсы и минусы обусловлены особенностями технологического исполнения. И со временем положительных сторон в результате эволюции механизма появляется больше. К сожалению, у любой технологической разработки присутствуют некоторые недоработки, чего просто не избежать.

Механизм CVT не является исключением, и он пока еще проходит этап всеобщего «тестирования» усилиями рядовых автолюбителей. И судя по некоторым отзывам, новая альтернатива пока еще не столь популярна, хоть обладает рядом неоценимых достоинств. Да, существующие недостатки производители стараются устранить, но пока имеем то, что имеем:

1. На мощные машины такую трансмиссию нельзя ставить, правда есть исключения.
2. Ремонт обходится очень дорого, да и не каждый автосервис возьмется за такую работу. Сложно найти мастера, который отлично разбирается в столь сложном механизме.
3. Еще одно отличие автомата от вариатора в том, что его работоспособность находится в прямой зависимости от показаний сенсоров. А их очень много и стоит хотя бы одному выйти из строя, как вся система начинает функционировать неправильным образом.
4. Чем плох еще этот агрегат? Как и АКПП его тоже следует «заправлять» специальной жидкостью. Только ее стоимость намного выше, нежели у трансмиссионного масла к обычным автоматическим коробкам. Также необходимо регулярно контролировать уровень жидкости.
5. Механизм подвергается колоссальным нагрузкам.
6. Вариатор на машине плох еще тем, что на нее накладывается ряд ограничений касательно использования прицепов и возможности буксировки.

В последнее время многие производители стараются увеличить количество ступеней в АКПП. На данный момент их пока не более 9, но вероятно в будущем их численность перевалит далеко за 10. Такая мера вполне объяснима — нужно обеспечить экономный расход топлива и улучшить динамику разгона.

Любого автолюбителя рано или поздно заинтересует вопрос, можно ли буксировать автомобиль с вариатором? Тут все зависит от ситуации, но во избежание серьезных проблем, лучше отказать в этой просьбе, иначе все может обернуться дорогостоящим ремонтом.

Поведение автомобиля

Исходя из выбранной программы, агрегат сам подбирает нужное передаточное число при разгоне. В этом ему активно помогает электроника. Тот водитель, кто решил пересесть с машины, где привычная трансмиссия (МКПП или АКПП) на транспорт, оснащенный CVT, почувствует существенную разницу в ходе его разгона.

Нажатие педали газа сопровождается переводом мотора в режим высоких оборотов. Он остается так работать в течение всего периода, пока машина разгоняется. При этом можно услышать характерный рев мотора. Только темп разгона в этом случае намного выше, нежели у прочих аналогов трансмиссии.

В некоторых случаях к узлу применяют другие настройки и тогда ощущения будут иными — будет чувствоваться рост оборотов ДВС. Подъем в гору или торможение не переключает вариатор на высокую передачу, даже если сильнее надавить на педаль акселератора. Его шкивы примут то положение, когда обеспечивается максимальный крутящий момент с целью увеличения тяги.

У некоторых моделей есть возможность задать определенное количество «воображаемых» ступеней и альтернативная коробка будет самостоятельно переключаться между ними, исходя из ситуаций. То есть получается своего рода имитация работы АКПП. При этом включать нужную передачу может и сам водитель.

Какой вариант лучше?

Автомат или CVT — вот в чем вопрос? Сегодня автомобили с уже привычной АКПП видишь в разы чаще, нежели транспорт, оборудованный вариатором. Правда в его защиту играет то, что разработка пока еще считается новой, которая продолжает изучаться. Производители будут вносить исправления в целях повысить качество и сделать эксплуатацию транспортного средства еще комфортнее.

Стоит учесть, что автоматическая коробка пригодна для установки на мощные автомобили. Но с точки зрения экономии расхода топлива, то здесь победу одерживает CVT. Но что лучше в итоге? Тут все зависит от множества факторов и прежде всего, будущему владельцу стоит выделить для себя приоритеты:

• Тем, кому по душе плавная езда без рывков, стоит склонить чашу весов в сторону CVT.
• Любителям скоростной езды, а также тем, кому приходится сталкиваться необходимостью буксировки или частого пользования прицепом, стоит присматриваться к АКПП.

В защиту классической автоматической коробки передач стоит привести весомый аргумент — меньшие расходы на содержание трансмиссии. Опять-таки однозначного мнения по поводу того, какой трансмиссионный узел лучше, нет. Здесь свои сторонники и противники и поэтому каждому автолюбителю предстоит сделать собственный выбор на основе полученной информации и с учетом плюсов и минусов.

Также читайте:

Битва двух ЛЕГЕНД Мерседес или БМВ: Что лучше?

Система полного привода 4MATIC Как работает?

Тюнинг Ателье Brabus История Компании Двигатели

9 вещей которые должен знать каждый владелец Mercedes-Benz

Топ 10 сканеров для Mercedes-Benz

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

Сегодня мы рассмотрим особенности функционирования автомобильной коробки передач вариаторного типа. Кроме того, узнаем, что называется вариатором и расскажем про принцип работы такой трансмиссии 

 ВАРИАТОРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Добрый день, сегодня мы рассмотрим особенности функционирования автомобильной коробки передач вариаторного типа. Кроме того, узнаем, что называется вариатором и расскажем про принцип работы такой трансмиссии. В завершении обзора вариаторной коробки передач будет рассказано про ее достоинства и недостатки, исходя из экспертных мнений специалистов по обслуживанию автомобилей.

Вариатором называется коробка передач бесступенчатого типа с внешним управлением, которая обеспечивает в автоматическом режиме производить переключение передаточных чисел, выбирая согласно нагрузке на узлы и в соответствии текущими оборотами мотора подбирать оптимальную передачу, тем самым эффективно используя мощность двигателя. На сегодняшний день широкую популярность получили 2 вида вариаторов, такие как: тороидная и клиноременная.

1. Что такое вариатор и как он работает

Такой вид вариатора, как клиноременный включает в себя несколько ременных передач, как правило от одной до двух. Шкивы созданы коническими дисками, которые сужаются и разъезжаются изменяя свой диаметр, а также передаточное число. Современные компании, которые производят разные виды вариаторов разработали свои уникальные конструкции клиноременных устройств. Например в коробке передач с типом действия “Мультитроник” вместо ремня используется специальная цепь, а производитель автомобилей компания Хонда устанавливает ремень, который создан из металлических пластин. Однако принцип действия первого и второго устройства не меняется.

Как мы сказали выше в основе вариаторной установки размещается клиновидный ремень, который в разрезе трансмиссии выглядит в виде трапеции и входит в шкив боковой поверхностью зубцов. С течением времени, когда происходит изнашивание поверхности зубцов, благодаря своему оригинальному виду, он врезается глубже в сам шкив. При этом износ практически не влияет на работоспособность узла, он все равно остается в оптимальной сцепке со шкивом.
Для того, чтобы автомобиль тронулся с места, применяется простое сцепление или гидротрансформатор небольшого размера. При трогании автомобиля, гидротрансформатор блокируется. Электронная система из сервоприводов обеспечивает управление дисками шкивов, а также контролирует главный блок управления, основные и вспомогательные датчики, отвечающие за работу трансмиссии.

Передаточное число в такой коробке передач, как вариатор изменяется при помощи ведущего шкива, который при помощи своей крайней поверхности и под воздействием центробежной силы плавно сжимает и выталкивает ремень клиновидного типа, как можно дальше от центра шкива. При этом ведомый шкив осуществляет противоположные действия и разжимается, а ремень тем временем плавно погружается в центру самого шкива. При увеличении оборотов двигателя, происходит усиленное сжимание главного шкива и разжимание ведомого. Таким образом происходит изменение передаточного числа от коленчатого вала к заднему колесу. Вышеописанную процедуру изменения передаточного числа вариатором можем наглядно увидеть на изображении ниже.

Другой вид вариаторной трансмиссии, которая называется тороидная устроена про другому. Тороидная трансмиссия включает в себя диски соосного типа и ролики, которые передают крутящий момент от одного диска к следующему. Процесс изменения передаточного числа в такой трансмиссии происходит под воздействием смены положения роликов, а также их радиусов, по которым они приводят в движение диски. В тороидном виде вариаторной установки все усилие расположено в определенной рабочей области или пятне контакта и для поворота роликов необходимы специальные устройства, которые преодолевают прижимную силу ролика к поверхности диска.

2. Преимущества и недостатки вариаторной трансмиссии

Сразу начнем с недостатков, которые имеются в вариаторных установках. К минусам таких трансмиссий относятся в первую очередь ременные приводы для клиноременного вида вариаторов, а для тороидного – рабочая область контакта диска и ролика, где показатель давления имеет уровень 10 тонн. Исходя из вышеописанных недостатков в вариаторных установках не зря используются высокотехнологичные масла, детали и элементы, которые обеспечивают высочайшую надежность установок. Благодаря специальным материалам, ресурс и надежность вариаторов сопоставим с классическими автоматическими коробками передач. В среднем ресурс вариаторной коробки передач при правильном обслуживании составляет не менее 350-400 тысяч километров пробега до серьезного ремонта или замены.

В связи с тем, что высокие нагрузки на ремень или рабочую область (пятно контакта) напрямую влияют на ресурс того или иного вариатора, то такие трансмиссии не могут функционировать с моторами большой мощности, а также на транспортных средствах, которые участвуют в перевозке грузов. Отметим, что для грузовых автомобилей вариаторы не применяются, так как непригодны. Для легковых автомобилей, вариаторы отлично сочетаются и считаются трансмиссиями будущего. Вариаторные коробки передач постоянно дорабатываются и совершенствуются, поэтому множество недостатков таких установок выявленных в прошлом уже канули в лето. 

При сопоставлении характеристик автомобиля по динамике, которые оснащены вариатором, у владельцев таких машин возникают вопросы: “Почему на одном и том же транспортном средстве разгон с вариаторной трансмиссией осуществляется с отставанием в сравнении с машиной оснащенной механической коробкой передач?” Ответ прост, все дело в привычке водителя, так как многие автовладельцы привыкают к тому, что автомобиль с вариатором все время находится в одном монотонном режиме. Как правило, водители, особенно со стажем привыкли, что звук мотора нарастает по мере необходимости переключения селектора коробки передач, поэтому сегодня компании, которые производят вариаторные трансмиссии делают специальную настройку электронного блока управления устройства таким образом, чтобы осуществлялись небольшие рывки и повышенный звук двигателя при наборе скорости. Заметим, чтобы вариатор в сочетании с двигателем быстрее набирал скорость или раскручивался, применяется специальная настройка блока управления, которая позволяет оптимизировать разгон на 25-30 процентов.

3. Эксплуатация вариатора и его долговечность

Официальных рекомендаций или правил применимо к эксплуатации вариаторных трансмиссий нет, не в технических документациях к автомобилям, не в мануалах. Отметим, что по отзывам автовладельцев и экспертов, современные вариаторы неплохо выдерживают езду по пересеченной местности, бездорожью также, как и автомат классического типа. Если вариатор обслуживать с такой же периодичностью, как и обычный автомат, то прослужит он верой и правдой. Давайте разберем эксплуатацию вариатора на примере современного кроссовера средних габаритов с мощностью двигателя от 2 до 2.5 литров и снаряженной массой до 1800 килограмм.

На долговечность вариаторной трансмиссии в первую очередь влияют 2 фактора: самый главный – это стиль и манера вождения, а дополнительным моментом является своевременная замена масла и расходных элементов устройства. Замена трансмиссионных жидкостей в соответствии с регламентом в суровых условиях эксплуатации, то есть при систематической езде по пересеченной местности на высоких скоростях или в нагруженном состоянии, осуществляется через 50 – 70 тысяч километров пробега. При эксплуатации автомобиля, на примере кроссовера в обычных условиях, например городского режима, то срок замены трансмиссионных жидкостей не регламентирован, то есть вариатор является, как и классический автомат – не обслуживаемым весь срок функционирования транспортного средства. Заметим, что у некоторых моделей, как правило, легковых, замена масла в трансмиссии осуществляется каждые 60-80 тысяч километров пробега исходя из рекомендаций завода изготовителя.

При появлении у автомобиля оснащенного трансмиссией вариаторного типа подергиваний при переключении селектора в режим “Drive” (“D“), ощущаются задержки при трогании транспортного средства с места, или обнаружились подтормаживания во время движения, разгона, говоря по народному “вариатор начинает тупить“, то необходимо морально, а также и физически готовится к ремонту устройства, а может даже замене при небрежном отношении к узлу. Кроме того, возникают ситуации, когда вариатор просто заклинивает и он замирает в каком то одном передаточном режиме, в таком случае потребуется замена мотора шагового типа. Если же вариатор напрочь отказывается производить переключения передач, в этом случае потребуется ремонт или замена блокировки селектора, а возможно и сам селектор.

Видео обзор: “Вариаторная коробка передач. Принцип работы”

В заключении отметим, что такой вид трансмиссии, как вариатор является технологически совершенным типом коробок передач в сравнении с классическими автоматами. В отличие от обычного автомата, вариатор обладает лучшей динамикой, меньшим расходом топлива и более плавной ездой. Кроме того, вариаторные трансмиссии по своей конструкции намного проще. Также отметим, что всем обладателям автомобилей с вариатором необходимо учитывать тот факт, что через 100-120 тысяч километров пробега, даже при правильной эксплуатации устройства, потребуется замена ремня толкающего типа. Стоить данная деталь не мало, но если замену не произвести в срок, то он может довольно скоро вывести из строя весь вариатор. Заметим, что содержание вариатора после 6 лет эксплуатации может обходится совсем не дешево.

БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ. 
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.

устройство, принцип работы вариатора, плюсы и минусы вариаторной коробки передач.

Вариатор (CVT) — бесступенчатая коробка передач, которая в определенном диапазоне позволяет добиться максимально плавного изменения передаточного числа. Главным отличием вариаторной коробки передач от аналогов является достаточно эффективное использование мощности ДВС.  

Коробка CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, «все время изменяющаяся трансмиссия») позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузок на двигатель, скорости движения ТС и т.д. В результате вариатор позволяет добиться высокой топливной экономичности.

Содержание статьи

Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора

Начнем с того, что существует несколько типов вариаторных КПП, однако на автомобилях используется клиноременный и тороидный вариатор, при этом клиноременной вариатор встречается намного чаще.

Устройство современной коробки-вариатора включает в себя такие элементы:

• Специальный механизм, который отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на вариатор, а также разъединяет коробку и ДВС при постановке на нейтральную передачу;
• Сама коробка-вариатор (другое название «вариаторная передача»), а также отдельный механизм, который позволяет автомобилю двигаться назад;
• Электронная система управления коробкой с входными и выходными датчиками;

Чтобы передать момент от двигателя, могут быть использованы: гидротрансформатор, центробежное автоматическое сцепление, электромагнитное сцепление, которое управляется электроникой, а также многодисковое сцепление. Чаще всего для этих целей используется гидротрансформатор (ГДТ), что позволяет добиться плавности и тем самым увеличить ресурс вариаторной коробки передач.

Что касается самой КПП, клиноременной вариатор включает в себя одну или две ременные передачи. Такая передача фактически является двумя шкивами, которые соединяются при помощи клиновидного ремня. Шкив образует пара конических дисков, причем диски могут сдвигаться и раздвигаться. Так удается менять диаметр самого шкива.

Чтобы сдвинуть конусы, задействовано гидравлическое давление, усилие пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом наклона 20°. Это позволяет ремню перемещаться по поверхности шкива, при этом сопротивление минимально.

На начальном этапе такие вариаторы оснащались ремнем из резины, однако ресурс самого ремня оказывался небольшим. Сегодня вместо резины устанавливается металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе КПП создается меньше шума,  а также  решение служит заметно дольше, чем резиновый аналог.

Вращение передается посредством силы трения между шкивами вариатора и боковой поверхностью ремня. Также в некоторых вариаторах может использоваться стальная цепь. В этом случае речь идет о клиноцепном вариаторе.

Данный тип отличается от клиноременного вариатора тем, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи во время ее точечного контакта с коническими дисками. При этом сами конические диски выполнены из прочной стали, а клиноцепной вариатор имеет наилучший КПД.

Еще отметим, что вариатор не способен обеспечить возможность движения назад. Для того, что автомобиль с такой КПП имел задний ход, в коробку интегрируют различные механизмы. Чаще всего это планетарный редуктор, который активно используется в АКПП.

Что касается управления вариатором,  система электронная, производит синхронное изменение диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Также осуществляется управление сцеплением и планетарным редуктором.

Водитель управляет КПП при помощи селектора, а сами режимы напоминают режимы работы гидромеханической  АКПП. Более того, в вариаторной коробке можно выбирать фиксированные передаточные отношения, что позволяет реализовать функцию ручного переключения передач, подобно Tiptronic на АКПП.

Еще добавим, что тороидный вариатор отличается от описанных выше ременных и цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидную поверхность. Между валами зажимаются ролики.

Чтобы изменить передаточное число в таком вариаторе, необходимо менять положение роликов. При этом крутящий момент передается посредством сил трения между рабочими поверхностями.

Как работает вариатор в автомобиле

Если говорить о принципе работы вариаторной коробки, диаметр шкива вариатора постоянно изменяется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только трогается с места, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, то есть конические диски полностью разведены.

Ведомый диск в этот момент имеет самый большой диаметр, когда конические диски максимально сжаты. Когда обороты двигателя начинают расти, диаметр ведущего шкива становится больше, а ведомого уменьшается, что позволяет уменьшить передаточное число.

Как видно, вариатор путем уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет двигателю работать в оптимальном режиме, чтобы получить максимум мощности и добиться лучшей динамики.

Плюсы и минусы вариатора

Прежде всего, такая трансмиссия является бесступенчатой. Это значит, что во время езды отсутствует необходимость переключаться на так называемы «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, нет задержек между переключениями со ступени (передачи) на ступень.

В результате достигается максимальный комфорт  при езде на машине с вариатором. Однако данное решение не лишено недостатков. Прежде всего, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту, то есть вариатор не ставят на автомобили с мощным двигателем. Еще одним минусом является сложность устройства самой вариаторной коробки передач, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.

Читайте также

Вариатор

— Moped Wiki

Эта статья относится к трансмиссии вариаторного типа. Для ветки армии мопедов см. Вариаторы.

Вариатор является элементом бесступенчатой ​​трансмиссии, обычно используемой на мопедах и других транспортных средствах с малым двигателем. Мопеды Motobecane, Peugeot, Derbi, Vespa, Minarelli и Honda предлагали по крайней мере одну модель с вариоматической трансмиссией.

Работа вариатора

В трансмиссиях

Variomatic используются центробежные грузы для уменьшения передаточного числа двигателя при увеличении частоты вращения.Это позволяет вариатору поддерживать двигатель в пределах его оптимальной эффективности при наборе путевой скорости или изменении скорости для подъема на холм. Эффективность в этом случае может быть топливной экономичностью, уменьшением расхода топлива и выбросов, или энергоэффективностью, позволяющей двигателю развивать максимальную мощность в широком диапазоне скоростей.

Поскольку вариатор поддерживает постоянную скорость вращения двигателя в широком диапазоне скоростей автомобиля, поворот ручки газа заставит мопед двигаться быстрее, но не изменит звук, исходящий от двигателя, так сильно, как при использовании обычных двухскоростных или односкоростных скорость.Это сбивает с толку некоторых гонщиков и приводит к ошибочному впечатлению об отсутствии мощности.

Марки вариаторов

Mobymatic от Motobecane

Motobecane выпустили свою первую и единственную трансмиссию на основе вариатора, Mobymatic, в 1957 году, через год после изобретения вариатора голландцем Хубом Ван Дорном, даже до появления первого автомобиля с вариатором.

Mobymatic состоит из шкива переменного размера, который приводится в движение от двух до четырех утяжеленных шарикоподшипников и соединен с двухфункциональным автоматическим сцеплением.Шкив вариатора вращает шкив фиксированного диаметра, прикрепленный к цепи главной передачи.

Коробка передач Mobymatic входила в стандартную комплектацию моделей Motobecane вплоть до их последнего выпуска в начале 2000-х годов. Единственная разница между ранними моделями и более поздними выпусками заключалась в отказе от ключа Woodruff.

Хотя конструкция и не самая лучшая с точки зрения возможности настройки или характеристик сцепления, это была недорогая рабочая лошадка, которая не требовала никакого обслуживания в течение всего срока службы двигателя, кроме регулярной подачи смазки через масленку каждые несколько сотен миль.

Руководство по разборке вариатора Motobecane.

Вариатор Vespa

Вариатор

Vespa устанавливался на всех их роскошных моделях мопедов, Bravo, Grande, Vespa Si, и даже на высшей версии их эконом-модели, Vespa Ciao Deluxe. Этот привод отличается от Mobymatic тем, что разделяет механизмы сцепления и вариатора, использует двойные регулируемые шкивы и полностью исключает главную цепную передачу. Вариатор приводится в движение от кривошипа двигателя с помощью регулируемого шкива, приводимого в действие под весами роликов.Ремень протягивается между двигателем и задним колесом, где расположены муфта сцепления и рессорный шкив. Пружинный шкив удерживает ремень в напряжении, требуя, чтобы два шкива двигались относительно друг друга, как это делают французские шкивы. В Vespa также есть коробка передач внутри ступицы заднего колеса, где выходной сигнал вариатора понижается передаточным числом главной передачи, а затем применяется к колесу.

В вариаторе Vespa используются пять роликовых грузов. Отсутствие симметрии в этой конструкции означает, что характеристики вариатора не могут быть изменены путем удаления грузов.однако некоторые модели поставлялись с шестью или восемью вариаторами веса.

Honda Вариатор

Honda по сути скопировала дизайн своего вариатора и, возможно, всего своего мопеда PA50 с Vespa Bravo. Они используют те же функции, но с некоторыми техническими отличиями.

Съемник сцепления для Honda TRX 500 Rubicon отделяет задний толкатель кулачка вариатора Hobbit и неподвижную ведущую поверхность — Никаких разрушений или других жестоких методов не требуется — Спасибо компании smallbikewithmotor за выяснение этого

Вариатор Дерби

Для Derbi есть 6 вариаторов веса и 3 вариатора веса (6 весов совместимы с Honda Hobbit).Существуют также вариаторы производительности, такие как вариатор TJT. Чтобы лучше понять функции двойных вариаторов и контрпружин, прочтите следующую ссылку http://www.apriliaforum.com/forums/showthread.php?t=8960

Этот раздел является заглушкой.

Вы можете помочь Moped Wiki, расширив ее.

Peugeot Вариатор

Система вариатора

Peugeot, используемая на большинстве моделей мопедов Peugeot (в первую очередь, , а не 102SP), очень похожа на систему, используемую в Motobecane, хотя системы не являются взаимозаменяемыми.Вариатор с центробежным приводом от веса и встроенной муфтой соединен с большим шкивом фиксированного диаметра, прикрепленным к цепи главной передачи. Натяжение ремня поддерживается постоянным за счет того, что весь двигатель вращается на опорах вниз при увеличении скорости, а пружина возвращает его в исходное положение при уменьшении.

Основная функция вариатора прочтите это или кто-то прикрепит его к нашей вики http://www.apriliaforum.com/forums/showthread.php?t=8960

Настройка вариатора

См. Настройку вариатора

.

Что такое емкостной преобразователь? — Определение, принцип, преимущества, недостатки и применение

Определение: Емкостной преобразователь используется для измерения смещения, давления и других физических величин. Это пассивный преобразователь, поэтому для работы ему требуется внешнее питание. Емкостной преобразователь работает по принципу переменной емкости. Емкость емкостного преобразователя изменяется по многим причинам, таким как перекрытие пластин, изменение расстояния между пластинами и диэлектрическая проницаемость.

Емкостной преобразователь содержит две параллельные металлические пластины. Эти пластины разделены диэлектрической средой, которая представляет собой воздух, материал, газ или жидкость. В обычном конденсаторе расстояние между пластинами фиксировано, но в емкостном преобразователе расстояние между ними варьируется.

Емкостной преобразователь использует электрическую величину емкости для преобразования механического движения в электрический сигнал. Входная величина вызывает изменение емкости, которая напрямую измеряется емкостным преобразователем.

Конденсаторы измеряют как статические, так и динамические изменения. Смещение также измеряется напрямую путем подсоединения измеряемых устройств к подвижной пластине конденсатора. Он работает как в контактном, так и в бесконтактном режимах.

Принцип работы

Уравнения ниже выражают емкость между пластинами конденсатора

Где A — площадь перекрытия пластин в м ²
d — расстояние между двумя пластинами в метрах
ε — диэлектрическая проницаемость среды в Ф / м
ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость
ε ₀ — диэлектрическая проницаемость свободного места

Принципиальная схема емкостного преобразователя с параллельными пластинами показана на рисунке ниже.

Изменение емкости происходит из-за физических переменных, таких как смещение, сила, давление и т. Д. Емкость преобразователя также изменяется в зависимости от изменения их диэлектрической проницаемости, что обычно связано с измерением уровня жидкости или газа.

Емкость преобразователя измеряется по мостовой схеме. Выходное сопротивление преобразователя равно

.

Где, C — емкость
f — частота возбуждения в Гц.

Емкостной преобразователь в основном используется для измерения линейного смещения. Емкостной преобразователь использует следующие три эффекта.

1. Изменение емкости преобразователя из-за перекрытия пластин конденсатора.
2. Изменение емкости связано с изменением расстояний между пластинами.
3. Емкость изменяется из-за диэлектрической проницаемости.

Для измерения смещения используются следующие методы.

1. Преобразователь, использующий изменение площади пластин — Уравнение ниже показывает, что емкость прямо пропорциональна площади пластин. Соответственно изменяется и емкость с изменением положения пластин.

Емкостные преобразователи используются для измерения больших перемещений от 1 мм до нескольких см. Площадь емкостного преобразователя изменяется линейно в зависимости от емкости и смещения.Изначально нелинейность в системе возникает из-за ребер. В противном случае он дает линейный отклик.

Емкость параллельных пластин определяется как

где x — длина перекрывающейся части пластин,
ω — ширина перекрывающейся части пластин.

Чувствительность смещения постоянна, поэтому она дает линейную зависимость между емкостью и смещением.

Емкостной преобразователь используется для измерения углового смещения.Он измеряется подвижными пластинами, показанными ниже. Одна из пластин преобразователя неподвижная, а другая подвижная.

Векторная диаграмма преобразователя показана на рисунке ниже.

Угловое перемещение изменяет емкость преобразователей. Емкость между ними максимальна, когда эти пластины перекрывают друг друга. Максимальное значение емкости выражается как

Емкость при угле θ выражается как

θ — угловое смещение в радианах.Чувствительность к изменению емкости определяется как

.

180 ° — это максимальное значение углового смещения конденсатора.

2. Преобразователь использует изменение расстояния между пластинами — Емкость преобразователя обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Одна пластина преобразователя неподвижна, а другая подвижна. Смещение, которое необходимо измерить, связано с подвижными пластинами.

Емкость обратно пропорциональна расстоянию, из-за которого конденсатор показывает нелинейный отклик.Такой тип преобразователя используется для измерения малых перемещений. Векторная диаграмма конденсатора представлена ​​на рисунке ниже.

Чувствительность преобразователя непостоянна и варьируется от места к месту.

Преимущества емкостного преобразователя

Ниже приведены основные преимущества емкостных преобразователей.

1. Для работы требуется внешняя сила, поэтому он очень полезен для небольших систем.
2. Емкостной преобразователь очень чувствителен.
3. Дает хорошие частотные характеристики, поэтому используется для динамического исследования.
4. Преобразователь имеет высокое входное сопротивление, следовательно, они имеют небольшой эффект нагрузки.
5. Для работы требуется небольшая выходная мощность.

Недостатки емкостного преобразователя

Основные недостатки преобразователя следующие.

1. Металлические части преобразователей требуют изоляции.
2. Корпус конденсатора требует заземления для уменьшения влияния паразитного магнитного поля.
3. Иногда преобразователь демонстрирует нелинейное поведение из-за краевого эффекта, который контролируется с помощью защитного кольца.
4. Кабель, соединяющий датчик, вызывает ошибку.

Использование емкостного преобразователя

Ниже приведены варианты использования емкостного преобразователя.

1. Емкостной преобразователь используется для измерения как линейного, так и углового смещения. Он чрезвычайно чувствителен и используется для измерения очень малых расстояний.
2. Используется для измерения силы и давления. Сила или давление, которые должны быть измерены, сначала преобразуются в смещение, а затем смещение изменяет емкости преобразователя.
3. Он используется как датчик давления в некоторых случаях, когда диэлектрическая проницаемость датчика изменяется в зависимости от давления.
4. Влажность газов измеряется емкостным датчиком.
5. Преобразователь использует механический модификатор для измерения объема, плотности, веса и т. Д.

Точность преобразователя зависит от изменения температуры до высокого уровня.

.

принципов работы альтернативы сверхпроводника

Логика

Физика, лежащая в основе сверхпроводящих логических схем

Основными физическими явлениями, лежащими в основе работы сверхпроводящих логических схем, являются эффекты сверхпроводимости, квантование магнитного потока и эффект Джозефсона. Первый позволяет передавать баллистический сигнал, не ограниченный мощностью, необходимой для зарядки емкости межкомпонентных линий.Он обеспечивает наибольшее преимущество в энергоэффективности по сравнению с традиционной технологией CMOS. Действительно, сверхпроводящие микрополосковые линии способны передавать пикосекундные сигналы без искажений со скоростью, приближающейся к скорости света, на расстояния, значительно превышающие типичные размеры чипа, и с низкими перекрестными помехами [16]. Это основа быстрых дальнодействующих взаимодействий в сверхпроводящих цепях.

Отсутствие сопротивления ( R = 0) приводит к отсутствию напряжения ( В, = 0) в сверхпроводящей цепи в стационарном состоянии.Протекание сверхпроводящего тока соответствует не разности электрических потенциалов ( В, = δ), а разности фаз сверхпроводящего параметра порядка, δθ. Сверхпроводящий параметр порядка соответствует волновой функции сверхпроводящих электронов | ψ | e ^iθ в теории Гинзбурга – Ландау [17]. Магнитный поток Φ в сверхпроводящем контуре индуктивности L обеспечивает увеличение сверхпроводящей фазы вдоль контура и приводит к постоянному циркулирующему току I = Φ / L .Это соотношение аналогично закону Ома I = В / R . Это позволяет писать линейные уравнения Кирхгофа для сверхпроводящих цепей.

Квантование магнитного потока вводит фундаментальное различие между работой КМОП и сверхпроводящих схем. Это следует из однозначности волновой функции сверхпроводящих электронов.Действительно, увеличение сверхпроводящей фазы вдоль петли соответствует магнитному потоку как (где Φ ₀ = ч /2 e ≈ 2 × 10 ⁻¹⁵ Вт — квант магнитного потока, ч — постоянная Планка, e — заряд электрона). Для этого требуется (где n — целое число) и, следовательно, Φ = n Φ ₀ . Соответственно, магнитный поток в сверхпроводящей петле может принимать только значения, которые являются целыми кратными кванту потока.

Физическое представление информации обычно основано на квантовании магнитного потока. Например, наличие или отсутствие SFQ в сверхпроводящем контуре можно рассматривать как логическую единицу, «1», или ноль, «0». Обратите внимание, что информация физически локализована в таком представлении. Это принципиальное отличие от представления информации в полупроводниковых схемах.Локализация приводит к глубокой аналогии между сверхпроводящими логическими ячейками и клеточными автоматами фон Неймана [16], где преобладают короткодействующие взаимодействия.

Нелинейным элементом в сверхпроводящих цепях является джозефсоновский переход. Это слабое звено между двумя сверхпроводниками, например, наиболее часто используемая сэндвич-структура сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС).Одним из важнейших параметров джозефсоновского перехода является его критический ток, I _c . Это максимальный сверхпроводящий ток, который может протекать через переход. Джозефсоновский переход можно переключить из сверхпроводящего в резистивное состояние, увеличив ток выше I _c . Переход в резистивное состояние позволяет изменять магнитный поток в сверхпроводящем контуре и, следовательно, выполнять цифровую логическую операцию.

Динамика SIS-перехода обычно описывается в рамках модели резистивно-шунтированного перехода с емкостью (RSJC) [18]. В этой модели джозефсоновский переход представлен как параллельное соединение самого перехода, пропускающего только сверхпроводящий ток, I _с , и резистора и конденсатора с соответствующими токами, I _r = В / R и I _cap = C (∂ V / ∂ t ), где t — время.Полный ток через переход равен сумме, I = I _с + I _r + I _cap . Эта модель основана на эффектах Джозефсона постоянного и переменного тока, которые определяют сверхпроводящий ток I _s и напряжение В .

Эффект Джозефсона постоянного тока описывает сверхпроводящее соотношение фазовый ток (CPR).Для SIS-переходов это I _s = I _c sin φ, где — разность фаз сверхпроводящего параметра порядка через джозефсоновский переход. Это называется фазой Джозефсона. Представляя связь между фазой сверхпроводящего параметра порядка и магнитным потоком как φ = 2πΦ / Φ ₀ , мы отмечаем, что CPR связывает ток с магнитным потоком в сверхпроводящей петле. Соответственно, джозефсоновский переход действует как нелинейная индуктивность в цепях.

Эффект Джозефсона переменного тока связывает напряжение на джозефсоновском переходе в резистивном состоянии с эволюцией сверхпроводящей фазы как В = (Φ ₀ / 2π) [∂φ / ∂ t ]. В соответствии с этим соотношением увеличение джозефсоновской фазы на 2π сопровождается импульсом напряжения на переходе таким образом, что ∫ В d t = Φ ₀ .Следовательно, однократное переключение джозефсоновского перехода в резистивное состояние соответствует прохождению импульса SFQ через переход. Энергия, рассеиваемая в процессе переключения, составляет E _Дж ≈ I _c Φ ₀ ≈ 2 × 10 ⁻¹⁹ Дж, принимая типичное значение I _c ≈ 0,1 мА. Типичное значение критического тока зависит от рабочей температуры (жидкий гелий), Тл = 4,2 К. Для правильной работы схем оно должно быть примерно на три порядка выше, чем эффективное значение тока шума, I _T = ( 2π / Φ ₀ ) k _B T ≈ 0.18 мкА, где k _B — постоянная Больцмана.

Характерная частота процесса переключения джозефсоновского перехода ω _c определяется параметрами джозефсоновского перехода ω _c = (2π / Φ ₀ ) I _c R _n , где I _c R _n — характеристическое напряжение джозефсоновского перехода, где R _n — сопротивление перехода в нормальном состоянии.Поскольку SIS-переходы обладают большой емкостью, они обычно шунтируются внешними резисторами, чтобы избежать резонансов LC . Сопротивление R _n примерно равно сопротивлению шунта, R _n ≈ R _s , потому что R _s намного меньше сопротивления туннельного перехода. Для переходов на основе Nb характерная частота порядка ω _c / 2π ≈ 100–350 ГГц (характерное напряжение около 0.2–0,7 мВ). Сверхпроводящие цифровые схемы преимущественно основаны на туннельных переходах из-за высокой точности процесса их изготовления и высоких характеристических частот.

Выражая токи I _s , I _r и I _cap модели RSJC через фазу Джозефсона φ, мы можем представить полный ток, протекающий через переход, в следующей форме:

(1)

где β _c = ω _c R _n C — параметр Стюарта – Маккамера, отражающий влияние емкости, а точки обозначают производную по времени.Уравнение 1 полностью аналогично уравнению для механического маятника с моментом инерции (емкость здесь аналогична массе), коэффициентом вязкости 1 / ω _c (сопротивление определяет демпфирование) и приложенным крутящим моментом I / Я _c . Эта простая аналогия позволяет рассматривать сверхпроводящую цифровую схему как сеть связанных маятников. Поворот маятника на 2π сопровождается последующими колебаниями вокруг точки устойчивого равновесия (рис. 1).В динамике джозефсоновских контактов они называются «плазменными колебаниями». Частота плазменных колебаний ω _p = =. Для правильной работы логической ячейки эти колебания должны исчезнуть до последующего переключения джозефсоновского перехода. Соответствие этому требованию может быть достигнуто с помощью β _c ≈ 1, ω _p ≈ ω _c . Тактовая частота соответственно меньше, чем ω _c , и ниже 100 ГГц в практических схемах.

Рисунок 1: Импульс напряжения на джозефсоновском переходе, соответствующий переходу SFQ, и его механическая аналогия с вращением маятника.

Рисунок 1: Импульс напряжения на джозефсоновском переходе, соответствующий переходу SFQ и его механической аналогии …

Сложность сверхпроводящей схемы, реализуемой на кристалле, определяется размерами джозефсоновского перехода.Площадь джозефсоновского перехода тесно связана с его критической плотностью тока, j _c . Этот параметр является одним из наиболее важных в стандартном процессе изготовления туннельных переходов на основе ниобия. Это фиксируется свойствами материала изоляционной прослойки Al ₂ O ₃ между сверхпроводящими ниобиевыми электродами, а ее толщиной d ≈ 1 нм. Значение критической плотности тока обычно находится в диапазоне j _c = 10–100 мкА / мкм ² .Соответствующая удельная емкость джозефсоновского перехода составляет c ≈ 40–60 фФ / мкм ² . Изменение критического тока джозефсоновского перехода, I _c = aj _c , получается изменением его площади, a . Это сопровождается изменением емкости джозефсоновского перехода, C = ac . Сопротивление шунта регулируется в соответствии с условием β _c = 1, as.Его площадь определяется площадью джозефсоновского перехода, a , минимальным размером элемента проводки [19,20] (примерно 0,5–1 мкм) и сопротивлением листа используемого материала (2–6 Ом на квадрат для Mo или MoN _x ) [19,20].

В то время как площадь слабых звеньев самого джозефсоновского перехода обычно составляет a ≈ 1 мкм ² для j _c = 100 мкА / мкм ² , его общая площадь с шунтом больше на порядок величина.Соответствующая доступная плотность джозефсоновских переходов на кристалле составляет 10 ⁷ / см ² . Сложность сверхпроводящих цепей ограничивается 2,5 миллионами переходов на квадратный сантиметр в предположении, что только четверть площади кристалла может быть занята джозефсоновскими переходами (с учетом межсоединений) [19]. Схемы могут быть дополнительно расширены с помощью технологии многокристальных модулей (MCM)

.

Передаточный механизм

Это процесс, посредством которого решения денежно-кредитной политики влияют на экономику в целом и на уровень цен в частности. Механизм передачи характеризуется длительными, переменными и неопределенными временными задержками. Таким образом, трудно предсказать точный эффект действий денежно-кредитной политики на экономику и уровень цен.

На диаграмме ниже схематично показаны основные каналы передачи решений денежно-кредитной политики.

Изменение официальных процентных ставок

Центральный банк предоставляет средства банковской системе и взимает проценты. Учитывая его монопольную власть над выпуском денег, центральный банк может полностью определять эту процентную ставку.

Влияет на процентные ставки банков и денежного рынка

Изменение официальных процентных ставок напрямую влияет на процентные ставки денежного рынка и, косвенно, на процентные ставки по кредитам и депозитам, которые устанавливаются банками для своих клиентов.

Влияет на ожидания

Ожидания будущих изменений официальных процентных ставок влияют на среднесрочные и долгосрочные процентные ставки. В частности, долгосрочные процентные ставки частично зависят от рыночных ожиданий относительно будущего курса краткосрочных ставок.

Денежно-кредитная политика также может определять ожидания экономических агентов в отношении будущей инфляции и, таким образом, влиять на динамику цен. Центральный банк с высокой степенью доверия прочно обосновывает ожидания стабильности цен.В этом случае экономические агенты не должны повышать свои цены из-за опасений более высокой инфляции или снижать их из-за страха дефляции.

Влияет на стоимость активов

Воздействие на условия финансирования в экономике и ожидания рынка, вызванное действиями денежно-кредитной политики, может привести к корректировкам цен на активы (например, цен на фондовом рынке) и обменного курса. Изменения обменного курса могут напрямую влиять на инфляцию, поскольку импортируемые товары непосредственно используются в потреблении, но они также могут работать через другие каналы.

Влияет на решения о сбережениях и инвестициях

Изменения процентных ставок влияют на сберегательные и инвестиционные решения домашних хозяйств и компаний. Например, при прочих равных условиях более высокие процентные ставки делают менее привлекательным получение ссуд для финансирования потребления или инвестиций.

Кроме того, на потребление и инвестиции также влияют движения цен на активы через эффекты богатства и влияние на стоимость обеспечения. Например, по мере роста цен на акции домохозяйства, владеющие акциями, становятся богаче и могут предпочесть увеличить свое потребление.И наоборот, когда цены на акции падают, домохозяйства могут сокращать потребление.

Цены на активы также могут влиять на совокупный спрос через стоимость обеспечения, что позволяет заемщикам получать больше ссуд и / или снижать премию за риск, требуемую кредиторами / банками.

Влияет на предоставление кредита

Например, более высокие процентные ставки увеличивают риск того, что заемщики не смогут выплатить свои займы. Банки могут сократить объем средств, которые они ссужают домашним хозяйствам и фирмам.Это также может снизить потребление и инвестиции домашних хозяйств и компаний соответственно.

Приводит к изменению совокупного спроса и цен

Изменения в потреблении и инвестициях изменят уровень внутреннего спроса на товары и услуги по сравнению с внутренним предложением. Когда спрос превышает предложение, вероятно возникнет повышательное ценовое давление. Кроме того, изменения в совокупном спросе могут привести к ужесточению или ослаблению условий на рынках труда и промежуточных продуктов.Это, в свою очередь, может повлиять на установление цен и заработной платы на соответствующем рынке.

Влияет на предложение банковских кредитов

Изменения в процентных ставках могут по-разному влиять на предельные издержки банков на получение внешнего финансирования в зависимости от уровня собственных ресурсов банка или банковского капитала. Этот канал особенно актуален в тяжелые времена, такие как финансовый кризис, когда капитала не хватает и банкам труднее привлекать капитал.

В дополнение к традиционному каналу банковского кредитования, который ориентирован на количество предоставленных ссуд, может существовать канал принятия риска, когда затрагиваются стимулы банков нести риск, связанный с предоставлением ссуд.Считается, что канал принятия риска действует в основном через два механизма. Во-первых, низкие процентные ставки повышают стоимость активов и залогового обеспечения. Это в сочетании с убеждением в том, что рост стоимости активов является устойчивым, побуждает как заемщиков, так и банки принимать более высокие риски. Во-вторых, низкие процентные ставки делают более рискованные активы более привлекательными, поскольку агенты ищут более высокую доходность. В случае банков эти два эффекта обычно выражаются в смягчении кредитных стандартов, что может привести к чрезмерному увеличению предложения ссуд.

.