Вариаторные трансмиссии нового поколения были впервые представлены в 2018, и дебютировали на моделях семейств Corolla 210 и RAV4 50.
Главная инновация - стартовая передача (launch gear): в дополнение к традиционному вариатору (в узком значении слова - собственно подвижные шкивы с металлическим ремнем между ними), появился шестеренный механизм, который используется вместо вариатора при старте с места, движении на низкой скорости или задним ходом.
Таким образом, стартовая передача приняла на себя наиболее неблагоприятные для клиноременного вариатора режимы - крайнее положение, когда работающий по минимальному радиусу ремень имел максимальный перегиб и минимальную площадь соприкосновения с ведущим шкивом, буксование и движение внатяг.
Формально, диапазон передаточных отношений новой трансмиссии увеличился до 7.5 вместо 6-6.5 в CVT прошлых поколений, хотя диапазон собственно вариатора, наоборот, уменьшился до 5.0 - что явно пошло на пользу ремню.
Заметно меньше стал диаметр шкивов, а угол их развала уменьшился с 11 до 9°, что было призвано увеличить скорость изменения передаточного отношения.
Характеристики
K120F
Заправочная емкость (полная): 8.3-8.6 л
Тип жидкости: Toyota genuine CVT Fluid FE
Передаточное отношение стартовой передачи: 3.377 (вперед) / 3.136 (назад)
Передаточное отношение вариатора: 2.236~0.447
Главная передача и промежуточный редуктор: 4.262
Вес (с жидкостью): 90-91 кг
K320
Заправочная емкость (полная): 8.4 liters
Тип жидкости: Toyota genuine CVT Fluid FE
Передаточное отношение стартовой передачи: 3.362 (вперед) / 3.120 (назад)
Передаточное отношение вариатора: 2.236~0.447
Главная передача и промежуточный редуктор: 4.007
Вес (с жидкостью): 90 кг
General timeline of Toyota's (Aisin AW) CVT:
2000-2009 - K110 - for models with 2.0 1AZ-FSE engine (Opa, Allion/Premio, Wish). The very first belt-type CVT of Toyota.
2001-2008 - P210 - for hybrid models with 2.4 2AZ-FXE engine (Estima/Alphard Hybrid). The only hybrid transaxle with belt-type CVT.
2002-2015 - K210 - for models with 1.5 1NZ-FE or 1.3 2SZ-FE engines (Vitz, Ractis Sienta). Basic type - Aisin AW XA-15LN
2004 - Start of mass-production of metal V-belts at Aisin CVTEC plant (instead of previously imported metal belts produced by Van Doorne's Transmissie (VDT))
2004-2018 - K111/K111F - for 2WD or 4WD models with 2.0 1AZ-FSE, 3ZR-FE, 3ZR-FAE engines (Noah/Voxy, Isis, Allion/Premio, Avensis)
2004-2019 - K410 - for models with 1.0 1KR-FE or 1.3 2SZ-FE engines (Vitz, Ractis, Belta). Basic type - Aisin AW XA-10LN
2005-2019 - K112/K112F - for 2WD or 4WD models with 2.4 2AZ-FE, 3ZR-FE, 3ZR-FAE engines (RAV4/Vanguard, Estima/Alphard/Vellfire, Mark X Zio, Blade)
2006→ K310/K310F - for 2WD or 4WD models with 1.5 1NZ-FE engine (Corolla Axio/Fielder, Auris, Ist, Allion/Premio, Corolla Rumion, Ractis/Verso-S/Trezia, Vitz, Porte/Spade, Sienta, Probox/Succeed). Basic type - Aisin AW XB-20LN
2006→ K311/K311F - for 2WD or 4WD models with 1.8 2ZR-FE, 2ZR-FAE or 1.6 1ZR-FE, 1ZR-FAE engines (Corolla Fielder, Avensis, Corolla, Auris, Verso, Allion/Premio, Isis, Wish, Corolla Rumion)
2008-2016 - K41A - for models with 1.0 1KR-FE engine (iQ)
2009-2016 - K41B - for models with 1.3 1NR-FE engine (iQ)
2010→ K411 - for models with 1.3 1NR-FE engine (Vitz, Corolla Axio, Ractis/Verso-S/Trezia, Probox/Succeed, Porte/Spade). Basic type - Aisin AW XA-12SN
2012→ K312 - for models with 1.5 1NZ-FE or 2NR-FKE engines (Corolla Axio/Fielder, Auris, Sienta, Porte /Spade, Ractis, Probox/Succeed). Basic type - Aisin AW AWFCX12
2013→ K114/K114F - for 2WD or 4WD models with 2.0 3ZR-FAE engine (RAV4, Noah/Voxy, C-HR, Harrier, Avensis)
2013→ K313/K313F - for 2WD or 4WD models with 1.8 2ZR-FE, 2ZR-FAE or 1.2 8NR-FTS engines (Corolla, Auris, Avensis, Verso, C-HR). Basic type - Aisin AW AWFCX18
2015→ K115/K115F - for 2WD or 4WD models with 2.5 2AR-FE engine (Alphard/Vellfire)
2019→ K120/K120F - for 2WD or 4WD models with 2.0 M20A-FKS engine (RAV4, Corolla, Camry/Avalon/ES, Corolla Cross, Harrier, Noah/Voxy, UX). Basic type - Aisin AW AWFCW21
2020→ K320/K320F - for 2WD or 4WD models with 1.5 M15A-FKS engine (Yaris, Yaris Cross)
Quite numerous Daihatsu models sold under the Toyota brand can be added to this list - they can be equipped with own Daihatsu CVTs (D-18C, E-18C, PT-08) or with Akashi Kikai products, as well as Aisin CVTs.
Aisin vs. Jatco
Порой можно слышать, что в новых вариаторах повторяется давно известная концепция Jatco CVT7. На самом деле, принципиальное отличие решения Jatco - дополнительныый планетарный редуктор установлен последовательно с постоянно работающим клиноременным вариатором, тогда как У Aisin зубчатая передача установлена параллельно вариатору, и одновременно работает только одна из ветвей передачи мощности.
Заслугой Jatco можно признать самый большой непрерывный диапазон изменения передаточных отношений вариатора (7.3 или 8.7), но ареал распространения CVT7 ограничен малыми моделями с крутящим моментом двигателя в пределах 150 нм.
Режимы вариатора / стартовой передачи (belt-mode/gear-mode)
Синхронизатор служит для соединения ведомой шестерни #1 и ведущей #2. Система управляет положением вала вилки переключения и синхронизатором, изменяя давление рабочей жидкости в контуре. Состояние контролируется датчиком перемещения (положения вала вилки переключения).
Режим стартовой передачи: муфта C2 размыкается, замыкается муфта C1 или тормоз B1 (при старте с места, движении на малой скорости или задним ходом). Мощность передается от солнечной шестерни через ведущую шестерню #1 к механизму шестеренной передачи, и затем через ведомую шестерню #2 к редуктору.
Режим вариатора: муфта C2 замыкается, размыкается муфта C1 или тормоз B1. При размыкании C1 или B1 планетарная передача освобождается и крутящий момент от двигателя передается к вариатору. Мощность передается стальным наборным ремнем от первичного шкива ко вторичному, и далее через муфту C2 к редуктору.
Движение вперед/назад
Переключение направления движения выполняется с помощью планетарного механизма, муфты C1 и тормоза B1.
Движение назад: тормоз B1 удерживает эпицикл, крутящий момент от двигателя подводится к водилу планетарного механизма и отводится через солнечную шестерню с противоположным направлением вращения.
Встроенный редуктор CVT расположен между вторичным шкивом и главной передачей. В новом поколении ведущая шестерня опирается на шариковые подшипники вместо роликовых.
Новые вариаторы получили лопастной масляный насос, приводимый в действие цепью от входного вала. Цепной привод насоса используется в большинстве современных трансмиссий Aisin, что считается более прогрессивным в сравнении с классическим (он не увеличивает длину трансмиссии, не лимитирует минимальный диаметр ротора размерами входного вала, дает значительную свободу маневра в компоновке и конструкции).
1 - передняя опора, 2 - ведущая звездочка, 3 - ведомая звездочка, 4 - корпус масляного насоса, 5 - кулачок, 6 - ротор, 7 - корпус насоса, 8 - лопасть. a - впускной порт, b - выпускной порт низкого давления, c - выпускной порт высокого давления
Трансмиссия оснащена традиционным гидротрансформатором с flex-режимом муфты блокировки.
Пластиковая боковая крышка расположена со стороны передней части автомобиля.
Модели с системой стоп-старт получили электрический маслонасос.
Периодически звучит вопрос - что за непонятная заглушка или разъем находится в нижней части боковой крышки вариатора? Видимо, стоит показать этот насос чуть подробнее.
Насос предназначен для поддержания стабильного давления в гидросистеме CVT при выключении двигателя системой стоп-старт и обеспечения последующего плавного трогания с места.
1 - электронасос CVT
Установлен в крышке вариатора и отдельно в запчасти не поставляется. Управляется ШИМ-сигналом от блока системы стоп-старт.
Нагреватель/охладитель рабочей жидкости CVT использует охлаждающую жидкость двигателя для быстрого прогрева трансмиссии после запуска, и последующего поддержания ее температуры в установленных пределах. Маслоохладитель установлен непосредственно на корпусе трансмиссии.
В системе используются 6 линейных соленоидов (э/м клапанов):
SLS: давление вторичного шкива (регулировка силы прижима ремня в соответствии с величиной входного крутящего момента)
SLP: давление первичного шкива (управление передаточным отношением)
SLU: давление муфты блокировки гидротрансформатора
SL1: муфта C1 режима стартовой передачи
SL2: муфта C2 для режима вариатора
SLG: синхронзатор и тормоз B1
А также:
- датчик температуры рабочей жидкости CVT
- датчик давления масла
- датчик перемещения (положения вилки переключения)
• "Sport Sequential Shiftmatic" - функция имитации секвентальной КПП с фиксированными передаточными отношениями теперь насчитывает 10 виртуальных ступеней вместо 8 у прошлого поколения.
• В традиционном вариаторе колеса жестко соединены во вторичным шкивом, поэтому ударные нагрузки (при резком торможении, при движении с пробуксовками по неоднородной поверхности и резком появлении "зацепа") передаются на ремень и рабочие поверхности шкивов. В новом вариаторе муфта C2 выполняет роль демпфера между вариатором и колесами, плюс к тому предсумотрена функция быстрого уменьшения силы прижима ремня на вторичном шкиве.
• Больше не используется механизм преднатяжения в переднем дифференциале (коническая пружина между полуосевой шестерней и корпусом).
• Список заводских кодов неисправностей, так или иначе связанных с системой CVT, увеличился вдвое:
Toyota DTC
Cause
P033531
Crankshaft position sensor A no signal
P050031
Vehicle speed sensor A no signal
P060747
Control module performance bank 1 watchdog/safety MCU Failure
P061347
TCM processor watchdog/safety MCU failure
P061512
Starter relay circuit short to battery
P070312
Brake switch B circuit short to battery
P070513
Transmission range sensor A circuit open
P070562
Transmission range sensor A signal compare failure
P071000
Transmission fluid temperature sensor A circuit range/performance
P071011
Transmission fluid temperature sensor A circuit short to ground
P071015
Transmission fluid temperature sensor A circuit short to battery or open
P071512
Input/turbine speed sensor A circuit short to battery
P071514
Input/turbine speed sensor a circuit short to ground or open
P071531
Input/turbine speed sensor a no signal
P072012
Output speed sensor circuit short to battery
P072014
Output speed sensor circuit short to ground or open
P072031
Output speed sensor no signal
P074512
Pressure control solenoid a circuit short to battery
P074514
Pressure control solenoid a circuit short to ground or open
P07457F
Pressure control solenoid a actuator stuck off
P077512
Pressure control solenoid b circuit short to battery
P077514
Pressure control solenoid b circuit short to ground or open
P07757F
Pressure control solenoid b actuator stuck off
P084000
Transmission fluid pressure sensor/switch a circuitrange/performance
P084011
Transmission fluid pressure sensor/switch a circuit short to ground
P084015
Transmission fluid pressure sensor/switch a circuit short to battery or open
P08C312
Pressure control solenoid m circuit short to battery
P08C314
Pressure control solenoid m circuit short to ground or open
P08C37F
Pressure control solenoid m actuator stuck off
P091400
Gear shift position circuit range/performance
P091412
Gear shift position circuit short to battery
P091414
Gear shift position circuit short to ground or open
P158504
Acceleration sensor circuit system internal failure
Acceleration sensor circuit range / performance internal electronic failure
P158900
Acceleration sensor learning value
P17029F
AT solenoids operation shutdown circuit stuck off
P170300
AT solenoid output malfunction
P175009
Brake ECU malfunction
P274512
Intermediate shaft speed sensor b circuit short to battery
P274514
Intermediate shaft speed sensor b circuit short to ground or open
P274531
Intermediate shaft speed sensor b no signal
P274912
Intermediate shaft speed sensor c circuit short to battery
P274914
Intermediate shaft speed sensor c circuit short to ground or open
P274931
Intermediate shaft speed sensor c no signal
P275600
Torque converter clutch pressure control solenoid control circuit performance/stuck off
P275612
Torque converter clutch pressure control solenoid control circuit short to battery
P275614
Torque converter clutch pressure control solenoid control circuit short to ground or open
P27567E
Torque converter clutch pressure control solenoid control actuator stuck on
P281F00
Pressure control solenoid j performance/stuck off (2 trip detected)
P281F12
Pressure control solenoid j circuit short to battery
P281F14
Pressure control solenoid j circuit short to ground or open
P281F71
Pressure control solenoid j performance/stuck off actuator stuck
P282812
Pressure control solenoid k circuit short to battery
P282814
Pressure control solenoid k circuit short to ground or open
P28287F
Pressure control solenoid k actuator stuck off
U010087
Lost communication with ECM/PCM A missing message
U012587
Lost communication with multi-axis acceleration sensor module missing message
U012987
Lost communication with brake system control module missing message
U110387
Lost communication with stop and start control module missing message
K114F (старый тип)
Лучше оценить степень сложности новых вариаторов позволяет сравнение с самым свежим CVT традиционной конструкции, который устанавливался на RAV4 прошлого поколения.
K114F
Заправочная емкость (полная): 7.1 л
Тип жидкости: Toyota genuine CVT Fluid FE
Передаточное отношение вариатора: 2.517~0.397
Главная передача и промежуточный редуктор: 5.791
Вес (с жидкостью): 94-95 кг
Движение назад: момент входит через эпицикл, передается на солнечную шестерню серез сателлиты (удерживаемые тормозом заднего хода), таким образом шестерня и первичный шкив вращаются в противоположном направлении.
· Масляный насос - традиционный, трохоидного типа, установлен непосредственно на входном валу.
1 - масляный насос, 2 - корпус насоса, 3 - ведущая шестерня, 4 - ведомая шестерня, 5 - вал статора, 6 - крышка насоса (статор). a - впускной порт, b - выпускной порт низкого давления, c - выпускной порт высокого давления
· Маслоохладитель - внешнего размещения, с дополнительными трубками.
Система управления
В CVT K114F используются 5 соленоидов и 3 датчика скорости:
SC: переключает соленоид SLU для управления муфтой переднего хода
SL: переключает соленоид SLU для управления муфтой блокировки гидротрансформатора
SLU: управление муфтой переднего хода или муфтой блокировки гидротрансформатора
SLP: управление давлением первичного шкива
SLS: управление давлением вторичного шкива
Не следует путать Direct-Shift вариаторы Toyota и вариаторы D-CVT (Dual-mode), используемые на Daihatsu и ребейджинговых Toyota. На низкой и средней скорости D-CVT работает как обычный ременный вариатор, а шестеренная передача задействуется при движении с высокой скоростью (параллельный привод вторичного вала через ремень также сохраняется).