Вариатор от А до Я

Трансмиссия вариаторного типа из салона недвижущегося авто практически неотличима от привычного автомата. Здесь видны рычаг селектора и знакомые буквы P-N-D-R, отсутствует педаль сцепления. Как же устроена бесступенчатая трансмиссия CVT в современных автомобилях? В чем отличие тороидального и клиноременного вариатора? Об этом пойдет речь в нижеследующей статье.

1. Вариатор – бесступенчатая трансмиссия
2. История вариатора
3. Что такое CVT
4. Виды вариаторов
5. Зачем нужна бесступенчатая передача
6. Устройство и принцип работы вариатора
7. Основные компоненты
8. Клиноременный вариатор
9. Устройство ремня
10. Клиноцепной вариатор
11. Устройство цепи
12. Тороидальный вариатор
13. Вариатор в автомобилестроении
14. Плюсы и минусы вариаторной коробки
15. Ресурс вариатора
16. Выводы

Вариатор – бесступенчатая трансмиссия

Среди разновидностей трансмиссий выделяется бесступенчатый вариатор, отвечающий за передачу крутящего момента. Сначала небольшая историческая справка.

История вариатора

Когда речь заходит о предыстории вариаторного устройства, упоминается личность Леонардо да Винчи (1452–1519). В работах итальянского художника и ученого можно найти первые описания серьезно поменявшейся к XXI веку бесступенчатой трансмиссии. Мельникам Средневековья также был известен положенный в основу устройства принцип. Используя ременную передачу и конусы, мукомолы вручную воздействовали на жернова и изменяли скорость их вращения.

До появления первого патента на изобретение прошло без малого 400 лет. Речь идет о запатентованном в 1886 году в Европе тороидальном вариаторе. Успешное использование вариаторных трансмиссий на гоночных мотоциклах привело к тому, что в начале XX века в рамках соревнований вводился запрет на участие оснащенной вариаторами техники. Для сохранения здоровой конкуренции подобные запреты давали о себе знать на протяжении всего прошлого столетия.

Первое применение автомобильного вариатора датировано 1928 годом. Тогда усилиями разработчиков британской компании Clyno Engineering был получен автомобиль с трансмиссией вариаторного типа. Ввиду неразвитости технологии машина не отличалась надежностью и высокой эффективностью.

Новый виток истории произошел в Голландии. Владелец концерна DAF Ван Дорн разработал и внедрил конструкцию Variomatic. Продукция завода – это первый вариант массового применения.

Сегодня всемирно известные компании из Японии, США, Германии активно практикуют установку бесступенчатых трансмиссий на автомобили. Чтобы отвечать условиям времени, устройство постоянно совершенствуется.

Что такое CVT

Аббревиатура CVT – это Continuous Variable Transmission. В переводе с английского это означает «непрерывно изменяющаяся передача». На деле непрерывность проявляется тем, что смена передаточного числа никак не ощущается водителем (отсутствует характерные толчки). Передача крутящего момента от мотора к ведущим колесам реализуется без использования ограниченного количества ступеней, поэтому трансмиссию называют бесступенчатой. Если в маркировке комплектации авто встречается обозначение CVT, то речь идет о том, что используется вариатор.

Виды вариаторов

Элементом конструкции, отвечающим за передачу крутящего момента от ведущего вала к ведомому, могут быть клиновидный ремень, цепь или ролик. Если в качестве основания для классификации выбрать указанную конструктивную особенность, то получатся следующие варианты CVT:

• клиноременный;
• клиноцепной;
• тороидальный.

Указанные виды трансмиссий применяются преимущественно в автомобильной индустрии, хотя вариантов устройств, отвечающих за плавное изменение передаточного отношения, гораздо больше.

Зачем нужна бесступенчатая передача

Благодаря бесступенчатой передаче ДВС в любой момент своей работы будет передавать крутящий момент без задержек. Такие задержки происходят при изменении передаточного отношения. Например, когда водитель переводит рычаг МКПП в другое положение или автоматическая коробка передач выполняет свою работу. За счет непрерывной передачи авто плавно набирает скорость, возрастает КПД мотора, достигается определенная экономия топлива.

Устройство и принцип работы вариатора

Вопросы о том, каково устройство вариатора и каков принцип его работы, будут разобраны подробнее. Но сначала необходимо обозначить, каковы основные элементы конструкции.

Основные компоненты

В состав вариаторной трансмиссии входят ведущий и ведомый шкивы, соединяющий их ремень (цепь или ролик), система управления. Шкивы расположены на валах и выглядят как две половинки конической формы, обращенные друг другу вершинами конусов. Особенность конусов состоит в том, что они могут сходиться и расходиться в заданном диапазоне. Точнее, двигается один конус, а другой остается неподвижным. Движение шкивов на валах контролируется системой управления, которая получает данные от бортового компьютера автомобиля.

Также основными компонентами CVT являются:

• гидротрансформатор (отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на первичный вал трансмиссии);
• гидроблок (подает масло к вращающимся шкивам);
• фильтры для защиты от выработки металла и отложений;
• радиаторы (отводят тепло от коробки);
• планетарный механизм, обеспечивающий реверсное движение авто.

Клиноременный вариатор

Клиноременной вариатор представлен двумя сдвигающимися и раздвигающимися шкивами, соединенными металлическим ремнем. За счет уменьшения диаметра ведущего шкива происходит одновременное увеличение диаметра ведомого, что свидетельствует о понижающей передаче. Увеличение диаметра ведущего шкива дает повышающую передачу.

Изменение давления рабочей жидкости влияет на перемещение конуса ведущего шкива. Ведомый шкив меняет диаметр благодаря натянутому ремню и возвратной пружине. Даже незначительное изменение давления в трансмиссии сказывается на передаточном отношении.

Устройство ремня

Ремень CVT в форме ленты состоит из металлических тросов или полос. Их количество может доходить до 12 штук. Полосы находятся друг над другом и скрепляются между собой при помощи стальных скоб. Сложная форма скоб позволяет не только скрепить полосы, но и обеспечить необходимый для работы трансмиссии контакт со шкивами.

Защита от быстрого износа обеспечивается покрытием. Оно же не дает ремню проскальзывать по шкивам во время работы. В современных автомобилях нерентабельно применять кожаные или силиконовые ремни по причине малого ресурса детали.

Клиноцепной вариатор

Клиноцепной вариатор похож на клиноременной, только роль передатчика между ведущим и ведомым валами играет цепь. За передачу крутящего момента отвечает торец цепи, который касается конической поверхности шкивов.

Благодаря большей гибкости клиноцепной вариант CVT обладает высоким КПД.

Принцип его работы точно такой же, как у трансмиссии с ременной передачей.

Устройство цепи

Цепь состоит из металлических пластин, каждая из которых имеет соединительные ушки. За счет подвижного соединения между собой пластины в конструкции цепи обеспечивают гибкость и сохраняют крутящий момент на заданном уровне. За счет расположенных в шахматном порядке звеньев цепь имеет высокую прочность.

Усилие на разрыв у цепи выше, чем у ремня. Пластины с ушками изготавливают из сплавов, противостоящих быстрому износу. Замыкаются они при помощи вкладышей, форма которых является полуцилиндрической. Конструктивная особенность цепей – они могут растягиваться. Этот факт сказывается на работе бесступенчатой трансмиссии, поэтому требует пристального внимания во время проведения планового ТО.

Тороидальный вариатор

Тороидальный тип коробки передач CVT встречается реже. Примечательная особенность устройства состоит в том, что вместо ремня или цепи здесь используются вращающиеся ролики (вокруг своей оси, маятниковыми движениями от ведущего шкива к ведомому).

Принцип работы заключается в одновременном передвижении роликов по поверхности половинок шкивов. Поверхность половинок имеют форму тороида, откуда и название трансмиссии. Если контакт с ведущим диском реализуется на линии наибольшего радиуса, то точка контакта с ведомым диском будет лежать на линии наименьшего радиуса. Такое положение отвечает режиму повышающей передачи крутящего момента. При перемещении роликов к ведомому валу происходит понижение передачи.

Вариатор в автомобилестроении

Автомобильные бренды разрабатывают свои варианты бесступенчатой трансмиссии. Каждый концерн именует разработку на свой лад:

1. Durashift CVT, Ecotronic – американский вариант от компании «Форд»;
2. Multitronic и Autotronic – немецкие вариаторы от «Ауди» и «Мерседес-Бенц»;
3. Multidrive («Тойота»), Lineartronic («Субару»), X-Tronic и Hyper («Ниссан»), Multimatic («Хонда») – такие названия можно встретить у японских производителей.

Плюсы и минусы вариаторной коробки

Аналогично механике или автомату бесступенчатая коробка передач обладает положительными сторонами и недостатками. В качестве плюсов отмечаются:

• комфортное передвижение на авто (положение «D» на селекторе выставляется перед началом движения, двигатель разгоняет и замедляет автомобиль без характерных для механики и автомата толчков);
• равномерная нагрузка на мотор, которая сочетается с точной работой трансмиссии и способствует экономии горючего;
• сниженное количество выбросов вредных веществ в атмосферу;
• динамичный разгон машины;
• отсутствующая пробуксовка колес, что повышает безопасность (особенно если речь идет о езде в гололедицу).

Из минусов бесступенчатой трансмиссии обращают на себя внимание:

• конструктивное ограничение на сочетание вариатора с мощными ДВС (пока можно говорить лишь о нескольких экземплярах автомобилей с таким тандемом);
• ограниченный ресурс даже при регулярном ТО;
• дорогой ремонт (покупка);
• высокие риски при покупке б/у авто с CVT (из серии «кот в мешке», поскольку доподлинно неизвестно, как прежний владелец эксплуатировал продаваемый автомобиль);
• небольшое количество сервисных центров, в которых мастера взялись бы за починку устройства (все о вариаторах знают единицы);
• ограничение на буксировку и использование прицепа;
• зависимость от контролирующих датчиков (бортовой компьютер в случае неисправности будет давать некорректные данные для работы);
• дорогое трансмиссионное масло и требование постоянного контроля его уровня.

Ресурс вариатора

Нюансы эксплуатации (дорожные условия, стиль вождения) и частота проведения ТО вариаторной трансмиссии влияют на ресурс устройства.

При несоблюдении предписаний производителя, нарушении регламента регулярного обслуживания рассчитывать на длительный срок службы бесполезно.

Ресурс составляет 150 тысяч км, больше трансмиссия, как правило, не выхаживает. Есть единичные случаи, когда CVT в рамках гарантийного ремонта менялась на автомобилях, не прошедших 30 тысяч км. Но это исключение из правила. Главный узел, влияющий на срок службы, – ремень (цепь). Деталь требует водительского внимания, поскольку при сильном износе вариаторная коробка может полностью сломаться.

Выводы

Когда речь заходит об автомобилях, на которых действует бесступенчатая передача крутящего момента, возникает повод для негативных оценок. Причина – узел требует регулярного обслуживания, а ресурс его невелик. Вопрос о том, покупать ли авто с CVT, каждый решает самостоятельно. У трансмиссии есть преимущества и изъяны. В заключение можно дать предупреждающий комментарий – при покупке б/у авто, на котором стоит вариаторная коробка, нужно быть предельно внимательным. Владелец подержанной машины может скрыть особенности эксплуатации, а вариатор в этом плане – чувствительный вариант механической передачи.

Особенности устройства и работы вариатора

Все чаще автомобили агрегатируются на конвейере вариаторными коробками передач. Но чем это обоснованно и действительно ли плюсы превосходят минусы? Рассмотрим, как работает вариатор, его внутреннее устройство и принцип действия. Надеемся, рассмотренные недостатки и преимущества помогут в дальнейшем сделать правильный выбор между CVT, DSG, роботизированной КПП и коробкой автомат гидротрансформаторного типа.

Устройство вариаторной коробки передач

Конструктивно вариатор состоит из следующих компонентов:

• механизм, выполняющий роль сцепления. Позволяет передавать крутящий момент, а при необходимости рассоединять КПП от силового агрегата;
• вариаторная передача;
• планетарный редуктор с пакетом фрикционов, позволяющий двигаться автомобилю задним ходом;
• электронная система управления.

Существует большое количество вариаторных передач, но на автомобилях наибольшее распространение получили клиноременные вариаторы. Механизм состоит из ремня, выходного и выходного шкивов, а также механизмов, изменяющих диаметр шкивов в рабочей зоне ремня.

Первые варианты вариаторов оснащались резиновым ремнем, но такая конструкция крайне ненадежная. В устройстве современных агрегатов применяется либо гибкий металлический ремень, либо цепь. В клиноременном вариаторе крутящий момент передается за счет пары трения боковая часть ремня — рабочая поверхность шкивов. Цепь же контактирует с конусной поверхностью шкивов торцевой частью.

Преимущество клиноцепного вариатора в гибкости (имеет меньший радиус изгиба) и меньших механических потерях на трение. Цепь работает за счет точечного контакта с поверхностью конусов, поэтому в местах соприкосновения очень высокая механическая нагрузка. Для повышения износостойкости конусы шкивов изготавливаются из высокопрочных сплавов стали.

Принцип работы

Почему вариаторные коробки передач называют бесступенчатыми? Лишь потому, что изменение передаточных чисел между выходным и ведущим шкивами происходит настолько плавно, что заметить отчетливую границу перехода невозможно.

Чтобы добиться прямой передачи, при которой скорость вращение входного и выходного шкивов будет одинаковой, нам нужно уравнять диаметры обеих шкивов. Если мы увеличим диаметр ведомого шкива, а d ведущего оставим прежним, то получим понижающую передачу. Ведомый вал вращается медленней ведущего, за счет чего увеличивается крутящий момент. Именно в режиме понижающей передачи автомобиль с вариатором трогается с места. Для увеличения скорости движения машины происходит обратное изменение диаметров шкивов. Именно на этом и построен принцип работы вариатора (Continuously Variable Transmission).

Механизм сцепления

В процессе развития устройства вариатора производителями использовались разные виды механизмов, среди которых:

• автоматическое сцепление центробежного типа (распространено на скутерах, мотоциклах);
• электронно управляемый электромагнитный механизм;
• многодисковая муфта. Имеет принцип работы аналогичной тому, что используется для блокировки отдельных рядов планетарной передачи АКПП гидротрансформаторного типа.

• Также работа многодискового мокрого сцепления используется для блокировки дифференциалов, интеллектуального подключения полного привода. По такому же принципу работает «мокрое» сцепление на DSG;
• гидротрансформатор. Надеемся, вы знакомы с устройством и принципом работы автоматической коробки передач гидротрансформаторного вида, поэтому конструкцию рассматривать не станем.

Использование гидротрансформатора позволяет значительно снизить нагрузку на вариатор в момент старта с места. Проскальзывание до момента блокировки гидротрансформатора увеличивает ресурс рабочей поверхности конусов, уменьшает растягивание ремня/цепи. Именно это решение впервые позволило автомобилю с вариатором относительно безболезненно переносить поездки по бездорожью.

Стоит помнить, что вариатор в безопасности лишь до момента блокировки гидротрансформатора. Если на вашем автомобиле он блокируется после 10 км/час, то буксовать в снегу, грязи без риска уменьшить ресурс вариаторной КПП можно лишь до превышения этого порога

Задняя передача

Ведущий и ведомый валы в вариаторе вращаются строго в направлении вращения коленчатого вала двигателя. Поэтому единственный рациональный способ реализации задней передачи – планетарный редуктор. Когда коренная и солнечная шестерни заблокированы, входной вал вращается в одном направлении с входным шкивом, который соединен с водилом.

Если заблокировать только коренную шестерню, водило, а вместе с ним и входной шкив, будет вращаться в обратную сторону. Для наглядного представления об устройстве и работе планетарного редуктора в вариаторе предлагаем посмотреть видео.

Система управления

Принцип работы вариатора в режиме реверсной передачи возможен благодаря использованию 2-х пакетов фрикционов. Один из них при необходимости блокирует между собой коренную и солнечную шестерни (движение вперед), а второй – корпус вариатора и коронную шестерню (задняя передача). Стальные и фрикционные диски сжимаются давлением масла, которое накачивается в систему маслонасосом и подается к соответствующим каналам через гидроблок (мехатроник).

Также давление масла используется для смещения подвижной части шкива, что позволяет регулировать его диаметр. Для правильной работы коробки передач CVT крайне важно, чтобы изменение диаметров происходило максимально синхронно. Поэтому конструкторы уделяют большое внимание производительности маслонасоса вариаторных КПП.

Перенаправление потока масла к соответствующим каналам осуществляется соленоидами, которые по команде электронного блока управления вариатором открываются либо закрываются. Для управления работой коробкой передач ЭБУ использует данные с датчиков скорости, ДМРВ, датчика открытия дроссельной заслонки, ДТОЖ.

Чем хороша CVT?

• Отсутствие потерь в разгонной динамике на переключение передач. При интенсивном разгоне автомобиля с вариатором стрелка тахометра зависает на одном месте – в зоне максимальной мощности двигателя. Таким образом, разгон получается наиболее эффективным.
• Снижение расхода топлива. Если вы движетесь с постоянной скоростью, умеренно разгоняетесь, вариатор подбором передаточного числа устанавливает минимальные обороты двигателя. Такая работа мотора не только позволяет увеличить акустический комфорт в салоне, но и снизить потребление горючего.
• Снижение вредных выбросов в атмосферу.
• Плавность движения. Благодаря линейной, а не ступенчатой смене передаточного отношения, автомобиль как при разгоне, так на торможении сохраняет плавность хода.
• Компактность. Небольшие размеры позволяют устанавливать вариаторы как на полноприводные авто, так и на переднеприводные машины.

Плюсы ясны, но насколько серьезные минусы?

К сожалению, как и многие устройства в мире технике, вариаторы не лишены недостатков. CVT изначально задумывалась в качестве коробки передач для малолитражек, хэтчбеков, среднеразмерных седанов и небольших кроссоверов. Клиноременные и даже клиноцепные вариаторы крайне плохо переносят резкие изменения режимов движения. Постоянные чередования динамичных разгонов, замедления и пробуксовка ведущих колес приводят к повреждению поверхности конусов, растягиванию цепи/ремня. Задиры провоцируют появление подергиваний, ускоренный износ ремня/цепи. Также к перебоям в работе вариатора и потере ресурса приводит падение давление масла. Из-за этого начинают проскальзывать фрикционные пакеты. В итоге масло очень быстро стареет, а гидроблок забивается взвесью с фрикционных накладок (пыль, которая попадает в жидкость ATF).

Стоит ли покупать или лучше выбрать авто с АКПП, DSG, МКПП?

Нельзя достоверно сказать, что лучше: вариатор или коробка автомат. Ни одна бесступенчатая КПП не приблизиться к надежности архаичных АКПП гидротрансформаторного вида. Но ведь многие современные автоматы также не могут составить им конкуренцию в этом плане, а что уж говорить об особенностях работы и проблемах DSG, Power Shift.

Поэтому рекомендуем учитывать, что есть разные модели и виды вариаторов. Покупая автомобиль, обязательно изучайте отзывы владельцев, реальные плюсы и минусы конкретной модели коробки передач. Многие производители научились делать ресурсные вариаторы, которые при должном обслуживании способны без проблем пройти 150 и даже 200 тыс. км.

Чтобы избежать массовых неисправностей, вариаторы устанавливаются преимущественно на авто с маломощными двигателями. Но Audi, а в последнее время и Nissan, Subaru, агрегатируют коробками CVT довольно тяжелые и мощные автомобили. Что ни в коем случае не подталкивает к выбору поддержанной машины с вариатором. Также многое зависит от стиля езды водителя и подхода к обслуживанию. Многие игнорируют тот факт, что вариатору зимой жизненно необходим правильный прогрев. Также для продления срока служба необходимо периодически менять жидкость ATF, промывать радиатор охлаждения.

https://topvariator.ru/transmissija/korobka-peredach/variator/variator-ot-i-do
https://autolirika.ru/teoriya/variator.html