Вариатор: что это такое, принцип работы и ремонт

Все о характерных неисправностях и технологии ремонта вариаторов. Где починить? Сколько за это возьмут? Как избежать лишних расходов и проблем?

Вариаторы стали массово применяться на легковых автомобилях гораздо позже автоматических трансмиссий остальных видов, а в России их узнали сравнительно недавно. Возможно, еще и поэтому вариаторы вызывают много вопросов и отпугивают потенциальных покупателей, особенно когда речь заходит о возможном ремонте.

Между тем ремонт является вполне разумной и выгодной альтернативой покупке нового или контрактного (с пробегом) вариатора. Многие производители выпускают необходимые запчасти и одобряют восстановление изношенного агрегата.

За такие работы берутся даже некоторые официальные дилеры, хотя часто и они доверяют непосредственное восстановление вариатора профильным мастерским.

Перекличка

При подозрении на неисправность вариатора важно провести вдумчивую диагностику, дабы убедиться, что проблема действительно в нем. Ведь по своей сути этот агрегат является лишь исполнительным звеном. Адекватность его работы во многом зависит от здоровья мотора, его систем и даже от состояния некоторых датчиков.

Часто при неисправностях вариатора система управления переводит в аварийный режим не только его, но и двигатель, — однако случается и наоборот.

Электроника ограничивает обороты мотора на уровне около 2000 об/мин, чтобы дать возможность хоть как-то доехать до сервиса на фиксированных псевдопередачах, а в некоторых случаях полностью обездвиживает автомобиль.

Для обнаружения истинных причин необходимо подключить сканер, изучить коды ошибок (при их наличии) и сопоставить рабочие параметры разных систем. С установлением причинно-следственных связей справится только опытный диагност. По сложности и алгоритму действий процесс схож с выявлением неисправностей у классических автоматов.

Профилактическая замена ремня вариатора при ремонте, подразумевающем его разборку (например, при обновлении подшипников), является разумной инвестицией и залогом длительной безотказной работы агрегата. (На фото представлен ремень штифтового типа.)

По опыту сервисменов, вариаторные ремни разных типов имеют сравнимый ресурс и изнашиваются в схожей степени. У пластинчатого ремня стираются боковые поверхности пластин, контактирующие со шкивами, а у штифтового — поперечные штифты.

Практика показала, что шлифовка рабочих поверхностей конусов особенно сильно сокращает ресурс вариаторов, предназначенных для тяжелых автомобилей с мощными моторами. Зачастую такого ремонта не хватает даже на 20 000 км.

Из-за неполадок в системе управления двигателем работа вариатора может сопровождаться отчетливыми рывками, причем даже без перехода в аварийный режим. Удары при переводе селектора в положение «драйв» или «нейтраль» иногда возникают из-за банального разрушения опоры двигателя.

Отдельная история — шумная работа вариатора. Очень часто неопытные сервисмены приговаривают подшипники агрегата, хотя виновниками являются «чужие» подшипники — например, ступичные или подвесной подшипник на промежуточном валу привода.

После отсеивания сторонних виновников переходят к углубленной диагностике самогó вариатора. Неисправности в механической части заставляют полностью разбирать агрегат. Если захандрила система управления, можно отделаться, к примеру, снятием поддона и гидроблока.

Неисправности в механической и управляющей частях вариатора выявить гораздо сложнее по сравнению с автоматами. Тут поможет только углубленная компьютерная диагностика.

Ведь, в отличие от АКП, у вариатора нет характерного проявления проблем в механике именно «на горячую», а в управлении — «на холодную». Ничего не даст и проверка общего давления масла.

Сложно судить о состоянии вариатора по цвету и запаху масла — разве что по количеству металлической стружки в нем или на магните поддона. Если ее много, дни вариатора сочтены.

СЛАБОЕ ЗВЕНО

По оценкам сервисменов, средний ресурс вариаторов не превышает 150 000 км. Конечно, среди них есть как откровенно слабые, так и довольно живучие агрегаты, причем даже одного производителя.

Яркий пример — вари­аторы Jatco серий JF015E и JF011E, которые устанавливают в основном на машины концерна Renault-Nissan и авто­мобили Mitsubishi. Вариатор JF015E идет в паре с атмосферными бензиновыми моторами 1.6 (Nissan Juke и Renault Fluence) и редко перебирается через рубеж 100 000 км без ремонта.

А модель JF011E предназначена для более мощных двигателей объемом от 2,0 литра (Nissan Qashqai, Mitsubishi Outlander, Renault Koleos) и обычно живет дольше 150 000 км.

Заметно меньший ресурс вариаторов по сравнению с гидромеханическими автоматами объясняется особенностями конструкции. У автоматов за переключение передач отвечают пакеты фрикционов, работающие в масляной ванне, — то есть в них нет характерного металлического трения.

А у вариаторов, пусть и в присутствии смазки, идет постоянный контакт многозвенного ремня с конусами. Подобная конструкция сильнее подвержена износу. По этой причине основные ремонтные операции сводятся к обновлению механической части — ремней, шкивов и их подшипников.

Из-за постоянного трения в паре ремень — шкивы неизбежно образуется обильная металлическая пыль, с которой рано или поздно перестает справляться система фильтрации.

Поэтому для продления жизни вариатора важно с интервалом хотя бы 50 000 км менять масло, чтобы удалить смертоносные продукты износа. Важно помнить, что есть как минимум два фильтра.

Сетчатый элемент грубой очистки в металлическом корпусе (установлен в поддоне) можно промыть, а вот традиционный бумажный (обычно расположен сбоку корпуса) надо обязательно ­заменить.

По косточкам

Своей конструкцией современные вариаторы практически наполовину повторяют гидромеханические автоматы: есть гидротрансформатор, планетарный редуктор и гидроблок с соленоидами. Из отличающихся деталей — шкивы и ремень. Именно они больше всего подвержены износу.

Ремень (пластинчатого или штифтового типа) является расходником, а легкие повреждения рабочих поверхностей конусов некоторые сервисмены предпочитают зашлифовывать.

Снятие даже небольшого слоя металла неизбежно снижает прочностные характеристики конусов и, соответственно, сокращает дальнейший ресурс.

Раньше такой подход имел смысл из-за отсутствия запчастей на рынке, а сегодня новые шкивы в сборе с подшипниками и даже отдельно доступны для большинства машин.

Восстановлением гидротрансформаторов занимаются специализированные фирмы. Они располагают необходимым оборудованием для обязательной балансировки собранного узла.

Еще одна частая ремонтная операция — замена подшипников шкивов. Их износ заявляет о себе заметным гулом или гудением. Трудоемкость и цена замены подшипников зависят от конструкции.

Если они идут только в сборе со шкивами (или с полукорпусом вариатора), шансов подобрать неоригинальные детали и успешно их установить мало. Попытки перепрессовки подшипников часто приводят к непоправимым деформациям как корпуса, так и шкивов.

Если подшипники поставляют отдельно, замена проходит гладко.

Довольно часто встречается износ посадочного места редукционного клапана в корпусе масляного насоса. Виновата металлическая пыль, попадающая на контактные поверхности.

Рано или поздно клапан начинает подклинивать, давление масла в гидросистеме выходит за пределы нормы, и это приводит к рассогласованию в работе шкивов и проскальзыванию ремня, что вызывает рывки и подергивания при езде.

В таком случае насос подлежит обязательной замене.

Замена подшипников дифференциала не вызывает сложностей, но вариатор придется снимать с автомобиля и разбирать. Невысокий ресурс связан либо с заводским браком, либо с повышенным износом из-за перегрева агрегата.

Поверхностные царапины на рабочих поверхностях масляного насоса можно зашлифовать: у шестерён и корпуса узла не очень высокий класс точности обработки.

Такая манипуляция экономит приличные деньги, ведь новый насос стóит около 25 000 рублей.

Остальная механическая часть вариатора страдает редко, за исключением подшипников дифференциала. Обычно их износ связан с сильным перегревом масла (этим грешат и классические автоматы). С заменой подшипников сложностей не возникает, они доступны по отдельности.

Элементы планетарного редуктора практически не изнашиваются. Поэтому в случае форс-мажорных повреждений можно смело использовать бэушные детали. Гидротрансформаторы успешно ремонтируют, но при восстановлении вариаторов это приходится делать намного реже, чем при ремонте классических автоматов.

Обычно под замену идут только фрикционы механизма блокировки.

Принципиальные конструктивные схемы гидроблока вариатора и гидромеханического автомата идентичны, однако у вариатора этот узел менее ремонтопригоден.

Для его гидроблоков соленоиды не поставляют как отдельные запчасти, и восстановление их посадочных поверхностей в корпусе узла не практикуется. Впрочем, подобные неисправности для вариаторов — большая редкость.

Обычно при капитальном ремонте всё ограничивается разбором и полной промывкой гидроблока. При поломке любого соленоида его меняют на бэушный.

Качественный ремонт вариатора немыслим без полноценной мойки всех элементов. Некоторые профессиональные мастерские раскошеливаются на соответствующие промывочные установки.

У вариатора и классического гидромеханического автомата принципиальные конструктивные схемы гидроблоков идентичны. В лабиринты каналов встроены сетчатые фильтры, которые необходимо заменить при разборке и промывке узла.

Неисправный блок управления вариатором (как расположенный отдельно, так и встроенный в «мозги» двигателя) отправляют на ремонт в профильные фирмы. Там вылечат и плату, и софт. Впрочем, подобные поломки относятся к экзотическим.

После завершения ремонтных процедур следует тщательно промыть систему охлаждения вариатора — включая все трубки, оставшиеся на автомобиле после снятия агрегата. Не пренебрегайте этим, иначе коварная стружка поставит крест на всей дорогостоящей работе.

КОТ В МЕШКЕ

Иногда нет смысла ремонтировать вариатор. Полноценное восстановление обходится слишком дорого, а ресурс оказывается непростительно мал, каким бы профессионалом ни был мастер. Причина — чрезмерная сложность некоторых моделей.

В этом случае встает выбор: брать более доступный контрактный вариатор или дорогущий новый? И это тот случай, когда лучше не экономить.

Шансов найти в нормальном состоянии бэушный экземпляр неремонтопригодной модели мало, не больше 10%. Благо, на рынке есть независимые поставщики новых вариаторов, у которых разумные ценники.

Проще всего выйти на них через клубные сервисы конкретной марки автомобиля.

Характерный пример — вариатор Jatco JF015Е. За его полноценный ремонт возьмут от 150 000 рублей, а новый можно найти за 200 тысяч. Так стоит ли рисковать?

Валютная корзина

Полноценный капитальный ремонт вариаторов оценивают в 120 000–150 000 рублей — это раза в полтора дороже, чем восстановить среднестатистический гидромеханический автомат. Основной вклад в столь высокий ценник вносит дорогостоящая парочка ремень — шкивы. Добросовестные ремонтники дают гарантию на один год или 20 000 км.

Полноценное восстановление вариатора потребует значительно бóльших затрат, чем покупка контрактного агрегата. Иногда даже вдвое бóльших. Но любой бэушный узел — это кот в мешке.

С другой стороны, не каждый агрегат в силу своих конструктивных особенностей поддается успешному ремонту, гарантирующему длительный ресурс, сопоставимый с ресурсом нового узла.

Поэтому многие профильные сервисы даже не берут их в работу.

Существенный износ элементов планетарной передачи — большая редкость даже для вариаторов с приличным пробегом. Чаще всего он возникает из-за неадекватной эксплуатации. Пожалуй, единственное, что может прикончить пакет фрикционов в планетарном редукторе вариатора, — очень сильный перегрев.

При выборе мастерской отдавайте предпочтением тем, кто сотрудничает с дилерами и производителями, а также клубным сервисам с хорошей репутацией.

Некоторые из таких площадок имеют свой подменный фонд восстановленных вариаторов с соответствующей гарантией или помогут найти новый за разумные деньги.

К примеру, если ремонт агрегата станет в 150 000 рублей, то поставить восстановленный вместо вышедшего из строя обойдется в 110 тысяч.

При эксплуатации автомобиля с вариатором помните важное правило. При первых симптомах неисправности необходимо сразу обратиться в сервис. Это как поход к зубному: чем раньше обращаешься, тем меньше хлопот и расходов.

ТОЧКА ЗРЕНИЯ

Далеко не все дилеры занимаются ремонтом вариаторов. Это связано не только с позицией официальных техцентров, но и с конструктивными особенностями некоторых вариаторов.

Для качественного восстановления узла необходимо держать в штате высококвалифицированный персонал, специализирующийся именно на ремонте вариаторов, а это непозволительная роскошь.

Некоторые СТО в принципе не хотят связываться с такими специфическими и ответственными ремонтными работами.

Не для всех вариаторов доступны в виде запчастей главные элементы по отдельности. Это делает их ремонт нецелесообразным.

Например, для вари­аторов Audi нельзя достать новые шкивы, поэтому у дилеров нет другого выхода, кроме как менять агрегат в сборе.

А, к примеру, у вариаторов Subaru невозможно отдельно поменять подшипники шкивов — только вместе ­ с конусами, тем не менее ремонт остается целесообразным.

Принцип работы вариатора на автомобиле: плюсы и минусы

Вопросы, рассмотренные в материале:

• В чем отличие вариатора от других КПП
• Сколько передач у вариатора
• Какие типы вариаторной КПП являются наиболее популярными сегодня
• Можно ли устанавливать вариатор на мощные автомобили

Вариативная или бесступенчатая, автоматическая коробка передач (CVT) совсем недавно считалась изобретением из области фантастики. Сегодня же многие популярные автомобильные компании оснащают этим устройством модели своих машин.

Вариатор можно увидеть в некоторых модификациях машин Mitsubishi, Toyota, Audi, Honda, Nissan и других марок ведущих компаний.

В этой статье мы расскажем, чем примечателен принцип работы вариатора на автомобиле, какие у него достоинства и недостатки по сравнению с автоматической коробкой передач.

Что такое вариатор на автомобиле

Необязательно быть владельцем автомобиля с вариатором, чтобы столкнуться с понятием «вариативная коробка передач», например, просто рассматривая различные автомобильные журналы или сборники характеристик моделей машин. Стандартным автоматом уже давно никого не удивить, а механикой — тем более. Вариатор пока остается диковинкой, поэтому услышать о нем в обычном мужском разговоре можно не так часто. Хотя вариативная коробка передач вовсе не является новым изобретением известных автомобильных корпораций, принцип работы механизма разработали несколько столетий назад.

Первым, кто задумался о принципе работы вариатора и создал его, был самый загадочный изобретатель — Леонардо да Винчи — в далеком 1490 г. А вот запатентована эта придумка была только в XIX веке (во второй его половине).

Примечательно, что первое действующее транспортное средство с такой коробкой передач было создано спустя 500 лет после его изобретения — в 50-х годах двадцатого века. Подобную трансмиссию впервые установили на легковые автомобили DAF (в то время компания еще специализировалась на создании легковых и грузовых авто).

Позже подобие вариатора устанавливали на машины Volvo, но особой популярности такой тип трансмиссии не получил. Зато в нынешнее время вариатор пользуется спросом.

Бесступенчатая трансмиссия (вариатор) имеет аббревиатуру CVT (сontinuously variable transmission — бесступенчатый переключатель скоростей).

Принцип работы вариатора на автомобиле — плавно передавать крутящий момент от мотора к колесам (или прочим движимым частям, например, винтам), без переключения скоростей.

При этом бесступенчатая КПП автоматически меняет трансмиссионное соотношение по определенной программе или вручную.

Важно подчеркнуть, что в принципе работы CVT (в отличие от роботизированной КПП и АКПП) нет переменных передач, то есть при движении автомобиля не наблюдаются привычные толчки при смене передачи, а набор скорости имеет плавный и четкий ход.

Отличие вариатора от прочих коробок передач

Механическая трансмиссия (МКПП) имеет 5 скоростей, коробка-автомат — 8 скоростей, а CVT оснащен неограниченным количеством передач. Но это не главная ее особенность. Чтобы читателю было проще понять принцип работы вариатора на автомобиле, оценить его преимущества, вкратце расскажем о работе двигателя.

Во-первых, в принципе работы традиционных ступенчатых КПП есть важный недочет — они имеют ограниченное число передач, которых иногда при движении бывает мало.

Даже при условии езды по гладкой дороге мотор, разгоняясь, должен преодолеть внешнюю нагрузку (силу инерции), а потом, после достижения оптимального соотношения оборотов и передаточного числа, он может набрать нужную скорость. После этого момента передача становится ниже.

Чтобы повысить передачу, нужно использовать больше ступеней, наличие которых не предусмотрено в механической коробке.

Еще один минус — при переключении скоростей происходит толчок. С учетом этих нюансов производители решили отказаться от передач и, в конечном итоге, получили вариативную коробку, которая сменяет скорости мягко, без рывков.

Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в постепенном изменении крутящего момента на ведущем и ведомом диске. Движение начинается мягко, в отличие от других видов коробок передач.

Особенности работы вариатора в автомобиле создают впечатление, будто в нем установлен мощный электрический двигатель. Скорость набирается плавно, без присутствия посторонних шумов.

Поэтому CVT не нужен переключатель скоростей, благодаря нему автомобиль увеличивает скорость движения намного быстрее, чем при использовании других трансмиссий.

Помимо этого, автомобилем с вариатором намного легче управлять. С ним сможет справиться даже водитель-новичок из-за того, что этот принцип КПП не зависит от манеры вождения и не заглохнет при движении.

Даже при внушительном разгоне автомобиля работа движка практически бесшумна, в сравнении с другими трансмиссиями.

Если надавить на педаль газа полностью, то авто ускорится буквально молниеносно, без привычного «рычащего» шума.

Некоторые водители не любят, когда мотор не издает привычных звуков при переключении скорости, но в основном, это те, кто привык к езде на коробке-автомате или спорт-карах, где рев двигателя только подзадоривает гонщика.

Вариатор имеет большие возможности, как доказательство этого — запрет его использования на гонках Формулы-1 до 1994-го года.

Устройство вариатора на автомобиле

Внешне вариативная коробка передач ничем не отличается от коробки-автомата. Визуально невозможно понять, что установлен именно вариатор. Ручка переключения скорости тоже не имеет отличий от обычного рычага АКПП и даже названия режимов — P, R, N, D — такие же.

Главное отличие кроется в принципе работы вариатора в автомобиле. В нем нет обычных чисел передач (1-й, 2-й и так далее).

Вариативная коробка имеет огромное количество передач, которые постоянно варьируются, о чем говорит и само название агрегата.

С этим связано и отсутствие рывков, когда автомобиль трогается с места или происходит переключение оборотов двигателя. Во время движения, разгона и торможения вариатор плавно и бесшумно меняет передаточное число.

Принцип работы вариатора на автомобиле

Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в плавной смене скоростей (передаточного числа) как при повышении, так и при снижении скорости.

Безусловно, большую работу делает компьютерная программа, которая и создает ступени, но они запрограммированы для ручного управления (при движении по снегу или грязи, когда скорость не имеет значения, а важна только максимальная тяга).

Сама же коробка ступеней не имеет, это обеспечивает передачу усилий от коробки к колесам намного точнее.

В настоящее время существует два типа строения вариатора:

• Клиноременный. Таком вид устанавливают на 95 % авто с CVT.
• Тороидный. Практически не используются в настоящее время из-за сложных настроек и строения.

Клиноременные вариаторы — самые популярные типы трансмиссии, используются в автомобилях марок Infiniti, Audi, Nissan и пр. Давайте рассмотрим принцип их работы.

Смена передаточного числа происходит по принципу изменения диаметра шкивов. Изготовитель сделал их разборными, а не сплошными, состоящими из двух частей конической формы, обе части посажены на вал и могут сходиться и расходиться. Диаметр в месте соприкосновения ремня со шкивом изменяется в зависимости от скорости и нагрузки.

Попросту говоря, принцип работы заключается в следующем: когда автомобиль трогается, мотору нужно большое усилие, чтобы начать движение колес. Чтобы снизить нагрузку двигателя до минимума, ведущий вал должен быть самого маленького диаметра (конусы разводятся в месте соприкосновения).

Диаметр ведомого вала в этот момент должен быть, напротив, максимальным (конусы сводятся). За счет этого ведущий шкив проделывает несколько оборотов, чтобы ведомый сдвинулся всего на один (максимальное число).

Этот процесс намного снижает нагрузку на силовой агрегат, что значительно облегчает ему работу.

После набора скорости передаточное число уменьшается (это необходимо для снижения тяговой силы, но при этом происходит увеличение оборотов на ведомом шкиве). Принцип работы: диаметр ведущего рола увеличивается (конусы сходятся), а у ведомого, напротив, расходятся.

При максимальном диаметре ведущего шкива и наименьшем ведомого, первый один раз оборачивается, а второй за этот промежуток делает несколько оборотов (из-за этого скорость его вращения наибольшая). Но в этом случае нагрузка на двигатель намного выше.

Вывод: трансмиссионное число достигается по принципу изменения диаметров двух шкивов и ременной передачи (между ними).

Принцип работы вариатора на автомобиле тороидного типа принципиально отличается от предыдущего. Передача тяги осуществляется при помощи роликов, зажатых между шкивами. Шкивы имеют форму тороида (из-за чего имеет такое название) и располагаются на одном стержне.

Принцип действия: чтобы тороидный вариатор сменил передаточное число, роликам необходимо изменить свое положение. Для наибольшей тяги зажимы роликов нужно повернуть по направлению к ведомому шкиву, такое расположение сведет диаметр контакта ролика и шкива к минимуму, в то же время у ведомого ролла диаметр будет наибольшим.

При увеличении скорости необходимо увеличение вращения и снижение передаточного числа, ролики отходят в противоположную сторону (ведущего ролла), при этом оба диаметра изменятся противоположно.

Крупнейшие автомобильные компании наладили производство модификаций CVT, изготовляемых на собственных предприятиях. Чтобы как-то отличать их от других коробок передач, каждая компания придумала определенные названия агрегату.

Вариаторы «Ecotronic» и «Durashift CVT» — производитель Ford, «Multidrive» — Toyota, «Lineartronic» была сконструирована Subaru. Некоторые компании создали по два вида вариатора: «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan.

«Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz.

Принцип работы любого технического изобретения имеет свои недочеты, исключением не стал и вариатор. Все недостатки его работы, конечно, стараются устранить, но пока они еще присутствуют, следует о них рассказать:

• Такие трансмиссии не используют в мощных автомобилях, хотя есть несколько удачных примеров именно с вариаторами.
• Ремонт коробки с принципом вариатора обойдется очень дорого, ко всему прочему, не на каждом СТО смогут произвести починку деталей. Найти квалифицированного механика, который разбирается именно в такой системе переключения передач, очень трудно.
• Работа CVT в автомобиле зависит от показаний различных приборов, и если хоть один из них окажется неисправным, может произойти сбой всей программы контроля трансмиссии.
• Наполнять аппарат нужно только специальной жидкостью, уровень которой нужно все время контролировать. Она стоит очень дорого в сравнении с другими аналогами, подходящими именно для коробок передач.
• Оказывается большая нагрузка на коробку передач.
• Для автомобилей с CVT есть ряд ограничений для буксировки и при использовании прицепа.

Но машина, оснащенная коробкой передач по принципу вариатора, имеет массу преимуществ:

• Комфорт во время движения.
• Мягкий ход автомобиля, быстрый набор скорости и торможение без толчков (как в механической или автоматической трансмиссии).
• Стабильные показатели даже при долгой работе мотора.
• Экономия топлива, благодаря оптимальной нагрузке на мотор и рассчитанному принципу работы автомата.
• Сниженные показатели выхлопных газов во время движения по сравнению с автомобилями с обычной коробкой или коробкой-автоматом.
• Безопасное движение по обледенелым трассам, вариативная коробка исключает пробуксовку.
• Компьютерное управление работой мотора увеличивает время его эксплуатации и спасает от частых ремонтов.
• Принцип работы вариатора позволяет автомобилю ехать почти без шума, в отличие от автомата и МКПП.

Новые виды вариаторов

Ежегодно производители автомобилей выпускают модели с бесступенчатой коробкой переключения скоростей. Причем характеристики его работы постоянно улучшаются, оборудование совершенствуется.

Совсем недавно компании JATCO и Nissan выпустили общее изобретение — улучшенный вариатор с облегченной и уменьшенной конструкцией. CVT совместил в себе новую коробку и клиноременную систему.

У этого аппарата очень хорошие показатели работы:

• Увеличенное число передач. Создатели расширили диапазон на 20 % (в сравнении с обычным CVT). Это позволяет автомобилю быстро разгоняться и сбрасывать обороты.
• Весит обновленный агрегат на 13 % меньше, чем его стандартный прототип.
• Имеет систему ASC, что позволяет компьютеру выбирать передаточное число, оптимально подходящее в момент разгона и остановки.

Учредители автокомпании «Порше» заявили, что в настоящее время проводят разработку по апгрейду CVT и улучшению принципа его работы. Они стараются поднять показатели комфорта во время езды, набора скорости и остановки.

Хотят снизить объем потребляемого топлива, но в то же время увеличить коэффициент полезного действия. В планах у создателей — сделать такой тип CVT, принцип работы которого будет похож на восьмиступенчатую трансмиссию.

Усиленная работа над улучшением бесступенчатой коробки переключения скоростей подтверждает еще раз, что будущее за ней. Не исключено, что очень скоро вариатор станет альтернативой всем обычным КПП (автомат, механика и РОБОТ).

Особый акцент производители автомобилей делают на его комбинированные модели, при которых работа двигателя будет самой идеальной, энергия будет сохраняться в специальном накопителе и тратиться только на передвижение транспортного средства.

Что такое вариатор? Принцип работы вариатора

Вариатор — это бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которая позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный.

Клиноременный вариатор как тип трансмиссии известен давно. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапецеидальную форму.

Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, словно попавший между ними клин (отсюда и название «клиноременный»), наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение.

А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой.

Устройство и принцип работы вариатора

Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной- двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.

Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Начнем с самого простого. Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и «вклинивается» в шкив только своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним.

Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива (ведущий шкив вращается коленвалом) таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше и дальше от центра шкива.

Ведомый же шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе и ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу.

Этот процесс хорошо виден на рисунках, прикрепленных к посту.

Иначе устроен тороидный вариатор, который состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски.

И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску.

Так в ниссановском вариаторе Extroid применена специальная система, где управляемый электроникой прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам.

Между прочим, принцип устройства под названием “вариатор” не нов — мысли о бесступенчатой трансмиссии стали посещать конструкторов практически сразу с началом применения поршневых ДВС на транспорте.

Современное же развитие электроники и технологии материалов дало возможности усовершенствовать (остающиеся, однако, в принципе своем неизменными) конструкции вариаторов, и сейчас наблюдается, по-видимому, начало самого широкого распространения таких трансмиссий на автотранспорте.

Тем не менее вариаторы пока что не избавились от некоторых своих весьма существенных проблем.

Так, очевидно, что самыми конструктивно слабыми местами существующих сегодня автомобильных вариаторов являются: для клиноременного эти самые ремни, а для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн.

Поэтому здесь применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов достаточно высокой, близкой к надежности гидромеханических “автоматов”, но все же из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы пока не могут “тянуть грузы”, а также работать с двигателями большой мощности.

На сегодняшний день рекордом для клиноременного вариатора оказывается 220 л.с. и 300 Нм, которые развивает V-образный 6-цилиндровый мотор Audi A6, “воспринятый” трансмиссией Multitronic, а для тороидного — “переваренный” Extroid (3-литровый двигатель Nissan Gloria и Cedric), развивающий 240 л.с. и 310 Нм.

Однако если для грузовиков вариаторы до сих пор непригодны, то для легковых автомобилей весьма приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий, очевидно, большое будущее, тем более что и технологии материалов не стоят на месте.

Если сравнить динамические характеристики многих автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одной и той же модели автомобиля разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой, ибо должно быть наоборот, раз вариатор лучше использует мощность двигателя? Все дело в привычке — многие клиенты были очень недовольны, что машина с вариатором “все время ноет на одной ноте”. Большинство же водителей привыкли к знакомому нарастающему шуму мотора, и многие фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом же деле при нормальной настройке блока разгон, конечно, происходит быстрее.

В заключение отметим, что вариаторы является куда более совершенным типом трансмиссии по сравнению с традиционными автоматическими коробками передач.

Совершенство проявляется в более лучшей динамике разгона, меньшем расходе топлива, более плавной езде у автомобилей оснащённых клиноременными вариаторами. И в тоже время, вариаторы проще по конструкции, чем традиционные «автоматы».

Думается, что в недалёком будущем автомобили оснащённые вариаторами полностью вытеснят машины, оснащённые обычными «автоматами» и сильно потеснят машины с «механикой».

Всё о вариаторах (CVT): чем отличаются, как работают, как эксплуатировать?

Сегодня некоторая доля автомобилей на российском рынке оснащается вместо автоматической АКПП вариатором (CVT). Об этом типе трансмиссии можно услышать немало негативных мнений от водителей и положительных экспертных заключений. Кто же из них прав? Чем отличается коробка CVT от АКПП? Насколько оправдан выбор автомобиля с вариатором? Ответим.

Что такое вариатор и в чём его главное отличие от привычных КПП

Трансмиссия CVT – что это такое? CVT – это сокращение английского названия вариатора, т.е. Continuously Variable Transmission, что в дословном переводе означает «постоянно изменяющаяся передача».

Его главное свойство – способность менять передачи в ином, чем мы привыкли порядке, а именно без постоянного и последовательного переключения скоростей (ступеней, передач). В связи с чем вариатор справедливо называют бесступенчатой трансмиссией.

Это его главная отличительная особенность.

Вариатор относят к классу автоматических коробок передач: он работает в широком диапазоне, передачи переключаются автоматически, процессами управляет электронная система. И всё же разница между CVT и «автоматом» существенная. В чем именно она состоит?

• Бесступенчатая трансмиссия легче и меньше по размерам, чем АКПП.
• Отличается от «автомата» принципом работы. CVT обеспечивает идеальное сочетание передаточного отношения с нагрузкой на двигатель в каждый из моментов времени (изменения происходят каждую секунду).

Передаточное число – это отношение частоты вращения коленчатого вала к частоте вращения колес. У каждой передачи эта цифра индивидуальна –передаточное отношение 4, 5, 6 и т.д.CVT экономит топливо, повышает комфорт вождения (поскольку мотор большую часть времени работает на самых низких оборотах, во время движения с постоянной скоростью).

С инженерной точки зрения вариатор является оптимальной из всех существующих ныне КПП. Но не спешите принимать решение о покупке авто с CVT, не всё так однозначно.

Когда появился и чем обусловлено появление вариатора

Данная разработка была запатентована в 18 веке. Активно же применять её стали в 1950-1980-хх годах. Использовали в технике, не обладающей такой мощностью как легковой автомобиль (с электрогенераторами, в бензопилах, снегоходах, станках, швейных машинках). Для ТС потребовалось изобрести совершенно иной механизм бесступенчатой трансмиссии. И со временем инженеры решили эту задачу.

Впервые бесступенчатая трансмиссия была установлена на голландские автомобили DAF, сопоставимые с мототранспортом в 1958 году. Позже, в конце 70-х, патент «по наследству» перешёл к Volvo.

Концерн попытался усовершенствовать «скромный» вариатор (пойти по этому пути было проще, чем перестраивать всё производство). Ресурса усовершенствованной модели CVT хватало лишь на 30 тыс. км пробега.

Спустя годы концерн отказался использовать вариатор в своих автомобилях.

CVT-автоматическая коробка передач для DAF 55, шасси снято с рамы

В 80-х вариатор использовали на автомобилях Ford (модель Ford Fiesta), Fiat (модель Fiat Uno), Subaru.

И лишь Субару удалось победить главный недостаток вариаторов – их недолговечность (концерн использовал вместо эластичного ремня в конструкции CVT, толкающий металлосодержащий).

Компания Subaru оснастила многие автомобили трансмиссией CVT собственного производства и до сих пор поставляет свою разработку другим производителям.

В 90-х стали устанавливать вариатор и на автомобили класса С (т.е. среднего класса, до этого устанавливался на недорогих и практичных класса В). И всё благодаря непрекращающимся поискам более совершенной конструкции вариатора.

Стандартная схема, принцип действия и основные элементы

Вариатор в самом простом исполнении (созданный Вольво и поначалу использующийся концерном Субару) представляет собой движущий механизм, благодаря которому осуществляется передача вращения от одного узла к другому посредством промежуточного звена. Узлами выступают два шкива – колесики с ободом вокруг, внутри которого движется ремень. Промежуточным звеном – клиновый (разновидность приводного) ремень, соединяет между собой шкивы. Механизм получил название «клиноременный вариатор».

Крутящий момент непрерывно передаётся на колеса, также непрерывно происходит изменение передаточного отношения (при изменении оборотов двигателя, ремень либо натягивается, либо ослабляется).

Современный клиноременный вариатор

В современной конструкции КПП CVT применяются шкивы из сверхпрочного металла, а ремень – не эластичный жгут, а наборная лента из износостойкого металла (собирается из полосок, которые скрепляются между собой скобами). На ремень наносят специальное покрытие, защищающее от износа и проскальзывания.

Один из шкивов является ведущим. Он соединён с коленчатым валом двигателя (который служит преобразователем энергии, получаемой в результате сгорания топлива, в энергию вращения). Ведомый шкив соединен с колёсами авто. Шкивы имеют переменный диаметр (грани обода расходятся и сходятся, тогда ремень проходит уже не внутри, между ними, а поверх).

При небольшой скорости движения автомобиля диаметр ведущего шкива имеет минимальные значения, а ведомого – максимальные. При средней скорости диаметр одинаковый. При максимальной – размер ведущего увеличивается, а ведомого уменьшается. Изменяя размеры шкивов, изменяем передаточное число.

Механизмом «руководит» электронная система, опираясь на информацию с многочисленных датчиков (об оборотах вала, о вращении колес, сведения с самой трансмиссии).

Основные элементы вариатора

Шкивы и ремень являются лишь частью конструкции современных вариаторов и называются клиноременной передачей. Строение CVT (бесступенчатой коробки передач) гораздо сложнее, в корпусе агрегата предусмотрено немало других элементов.

Вспомним, что нам уже известно. Крутящий момент от двигателя передается на первичный вал, а затем на ведущий шкив. В этом процессе может быть задействован гидравлический трансформатор (предусмотрен не во всех моделях). Гидротрансформатор отсоединяет трансмиссию от двигателя, через него передается усилие от вала к шкиву.

После гидротрансформатора усилие переходит на ремень, а с него на ведомый шкив. Далее при помощи планетарного редуктора момент переходит на вторичный вал. И машина движется вперед. Чтобы автомобиль двигался назад, запускается планетарный механизм или режим заднего хода (изменяет направление вращения вала).

В конструкции предусмотрен и дифференциал, который распределяет нагрузку по колёсам (на дифференциал крутящий момент передается от промежуточного вала).

Электронная система, которая руководит всеми процессами внутри CVT, считывает информацию с датчиков и изменяет режим работы CVT. Датчики установлены там, где можно быстро получить сведения о скорости вращения валов, о температуре рабочей жидкости, о положении селектора (ручки КПП). Электроника учитывает нагрузку на двигатель, скорость движения авто, положение педали газа и многое другое.

В некоторых моделях вариаторов предусмотрена возможность ручного переключения скоростей, ступенчато, как на АКПП. В других могут присутствовать лишь спецрежимы: «спортивный», «экономичный».

Все описанные элементы помещены в один корпус.

Рабочая жидкость

Диаметр шкива изменяется за счет перемещения дисков. Перемещение оказывается возможным благодаря давлению рабочей жидкости – масла (гидравлическая система). Но это утверждение справедливо лишь в отношении ведущего шкива. На ведомом диски перемещаются от натяжения ремня и за счет возвратной пружины.

Для CVT разработано специальное масло. Жидкость проявляет фрикционные свойства (помогает уменьшить силу трения и износ трущихся поверхностей) при своей рабочей температуре (60-70 градусов выше нуля).

Допустимо заливать только оригинальную жидкость (никаких заменителей).

При движении со скоростью более 150 км/ч масло перегревается (рабочая температура возрастает до +80 градусов). Перегрева допускать нельзя, он негативно сказывается на сроке службы вариатора (CVT). Охлаждают жидкость с помощью дополнительно установленного маслоохладителя (радиатор).

Необходимо следить за уровнем масла: если количество слишком уменьшиться, ремень будет проскальзывать. И, чтобы не допустить засорения, менять жидкость необходимо каждые 60-150 000 км (раз в пять лет).

Иные типы вариаторов

Существуют конструктивно различные типы вариаторов: клиноременный (самый распространенный), тороидный и цепной. Первый мы подробно изучили, поскольку он наиболее распространен. Второй устанавливают на полноприводные и заднеприводные ТС. Последний – на тяжёлых машинах, поскольку он наиболее надежен.

Тороидальная вариаторная КПП

Тороидальная коробка передач – более сложный механизм. В нём роль шкивов выполняют диски, вытянутые в форме конуса с одной стороны. Диски направлены друг к другу острыми концами. Тот, что расположен сверху – ведущий. Снизу – ведомый.

Роль ремня выполняют ролики. Они расположены по разные стороны между дисками. И движутся вдоль изгибов. Синхронно поднимаясь вверх, повышают передачу (скорость авто увеличивается, момент уменьшается). Когда опускаются к ведомом диску, передача понижается. Расположившись по середине, выдают прямую передачу. Усилие передаётся благодаря силе трения (трутся между дисками ролики).

Ременный CVT применяется чаще, но тороидный надежнее. Однако, у него есть существенный недостаток: он не подлежит ремонту (при поломки приходится заменять на новый).

Цепная вариаторная КПП

Цепной – это разновидность клиноременного, которая практически ни чем не отличается от «прототипа». В вариаторе лишь заменили ремень на стальную цепь.

Такое устройство имеет вариатор под названием Multitronic, созданный концерном Audi. Отличается увеличенным сроком службы, повышенным уровнем прочности, цепной вариатор лучше выдерживает нагрузки.

Поэтому его чаще используют на грузовых авто.

Широкого распространения цепная вариаторная КПП не получила, поскольку производит много шума (уровень слишком высокий).

Что такое вариатор (коробка CVT), устройство, принцип работы

Сейчас все чаще можно встретить авто, на крышке багажника или передних крыльях, которых размещена аббревиатура CVT.

Она указывает, что на машине вместо привычных уже коробок передач (механической или автоматической) используется вариатор.

Что такое вариатор?

Прежде чем мы разберемся в принципе работы вариатора, необходимо дать ему правильное определение.

Это устройство благодаря которому происходит плавное изменение передаточного числа в различных узлах и агрегатах. Изменение происходит в автоматическом режиме, плавно, в зависимости от оборотов двигателя и возникающей внешней нагрузки в конкретный момент времени.

Примеров использования коробок CVT можно приводить много, наиболее понятным будет пример, когда с помощью данного устройства происходит согласование скорости вращения лестницы на эскалаторе в метрополитене с ее поручнями.

Технология не новая

Идея передачи крутящего момента с возможностью бесступенчатого его изменения – это далеко не новь. Прототип механизма с такими эксплуатационными параметрами был придуман еще Леонардо да Винчи.

Первый же патент на бесступенчатую трансмиссию был выдан в 1885 году, то есть она появилась практически одновременно с автомобилями, оснащенными двигателями внутреннего сгорания, вот только к ним вариатор еще долго не имел никакого отношения.

Достаточно длительное время такая трансмиссия применялась на различных станках и механизмах, а также двухколесном транспорте – мопедах и мотоциклах. И только в 1958 году коробка CVT появилась на автомобиле.

Первой машиной, у которой вместо ступенчатой коробки передач установили вариатор, была микролитражка DAF 600.

Во второй половине 70-х годов подразделение по выпуску легковых авто (вместе со всеми наработками) компании DAF выкупила Volvo».

После этого был налажен выпуск городского автомобиля с CVT трансмиссией Volvo 66, являвшимся доработанной версией DAF 66.

Позже в модельном ряду появилась модель Volvo 340.

Но множество проблем и несовершенство этого типа трансмиссии в конечном итоге привело к тому, что Volvo в средине 80-х годов отказалась от применения на своих авто вариатора.

А все потому, что один из основных элементов – клиновидный ремень обладал очень ограниченным ресурсом, а механизм управление трансмиссией (в ту пору – механический) был конструктивно сложным.

В конце 80-х годов другие автопроизводители решились на установку коробки CVT. Сначала это были компании Fiat (модель Uno) и Ford (ставилась такая трансмиссия на Fiesta).

В то же время свой вариатор разработали и японцы. Первым японским авто с такой трансмиссией стал Subaru Justy GL.

Постоянное развитие технологий и работы, направленные на усовершенствование конструкции, в конечном результате дало свои плоды и сейчас вариатор является не редкостью, все больше автопроизводителей комплектуют им свои модели, тем самым поставив этот вид трансмиссии наряду со ступенчатыми.

Основы работы коробки автомат для понимания работы вариатора

Принцип работы вариатора кардинально отличается от ступенчатых коробок передач.

Для большего понимания сначала следует рассмотреть, как функционирует классическая автоматическая коробка передач (не путать с преселективной роботизированной КПП, которую тоже часто обозначают как АКПП).

В основе работы любой ступенчатой коробки лежит взаимодействие между собой шестерен разных размеров.

По сути, коробка передач – это обычный многоступенчатый редуктор, которым можно управлять. Такой, к примеру, является обычная механическая коробка.

АКПП же значительно сложнее по конструкции. Если МКПП — это редуктор, то в АКПП он – лишь составной элемент, хоть один из основных.

В целом автоматическую коробку можно разделить на несколько составляющих:

• Механическая;
• Гидравлическая;
• Электронная.

Механическая составляющая – это и есть редуктор. В его основе лежит обычная планетарная передача.

В современных КПП, обладающих 4-мя и выше ступенями, таких передач несколько и образуют они так называемый планетарный ряд.

Несмотря на сложность конструкции, принцип работы такой КПП очень прост. Любая планетарная передача состоит из трех компонентов – солнечной шестерни, сателлитов, объединенных водилом, и зубчатого кольца.

Особенность такой передачи заключена в том, что ведущим, ведомым или зафиксированным (обездвиженным) элементом может выступать любой из составных компонентов, благодаря чему и удается менять передаточное соотношение. Этим и воспользовались конструкторы при создании АКПП.

Так, если сделать ведущей солнечную шестерню, а водило с сателлитами будут ведомыми, при этом кольцо — зафиксировано, то на выходе получим максимальное передаточное соотношение.

Если же зафиксировать солнечную шестерню, подавать вращение на водило, а снимать его с планетарного кольца, то соотношение будет равным, то есть на выходе получаем прямую передачу.

Для получения вращения в обратную сторону (задний ход) достаточно зафиксировать водило, а вращение подавать на солнечную шестерню.

Для обеспечения блокировки шестерен планетарных передач, в конструкции АКПП применяются фрикционные муфты сцепления и ленточные тормоза.

В действие эти узлы приводятся гидравлической составляющей, работа которой контролируется и регулируется электронным блоком.

В итоге все выглядит так: электронный блок управления при помощи датчиков следит за несколькими параметрами – скоростью движения, оборотами коленчатого вала и т. д.

При надобности, он подает сигнал на открытие клапанов или срабатывание поршней гидравлической системы.

Те в свою очередь воздействуют на муфты или тормоза, блокируя вращение требуемого компонента планетарной передачи.

Как работает вариатор, общее устройство

Как отмечено, принцип работы вариатора полностью отличается от ступенчатых коробок. В основе этой трансмиссии лежит ременная передача.

Обычная передача такого типа состоит из двух валов, с установленными на них шкивами.

Передача вращения и усилия осуществляется ремнем. В такой передаче передаточное число – фиксированное и зависит оно от диаметров шкивов.

В коробке CVT же существует возможность изменять передаточные числа. Делается это за счет меняющихся диаметров шкивов.

Конструкция достаточно проста: имеется два параллельно расположенных вала. На них установлены шкивы, каждый из которых состоит из двух половин (тарелок).

Эти половины имеют конусную форму и могут перемещаться по валу относительно друг друга.

А работает все так: между конусными поверхностями шкивов помещен клиновидный ремень. При сведении или разведении половин шкивов, меняется их диаметр в месте контакта ремня.

То есть, при полностью сведенных половинах ремень движется практически по внешнему диаметру шкива, но при расхождении он проваливается между этими дисками.

Но таких шкива в конструкции вариатора два, а ремень удлиняться не может.

Вот и получается, что если у одного из шкивов половины расходятся, то у другого должны сходится, то есть работать они должны синхронно.

Таким образом и осуществляется изменение передаточного соотношения.

Но это только принцип работы. Конструктивно все выглядит значительно сложнее, хотя основными рабочими элементами остаются все те же шкивы и ременной привод.

Но в конструкцию дополнительно добавлено сцепление, электронная система управления, а также планетарный редуктор.

Поэтому коробка CVT состоит из:

1. Электронной системы управления;
2. Самого вариатора;
3. Узлов и деталей, которые передают крутящий момент и включают нейтральную передачу;
4. Планетарного механизма, для движения задним ходом.

В коробку CVT, в зависимости от производителя и модели, могут быть внедрены различные конструктивные решения, которые в большинстве случаев касаются сцепления.

1. Вариатор Transmatic – автоматическое центробежное сцепление;
2. Multimatic, Multitronic – мокрое сцепление, многодисковое с электронным управлением;
3. Hyper – сцепление электромагнитное с электронным управлением;
4. Autotronic, Extroid, Ecotronic, Multidrive, Lineartronic, Xtronic – с гидротрансформаторами.

В качестве сцепления зачастую выступает гидротрансформатор, такой же, как и на АКПП.

Гидротрансформатор работает при трогании машины с места, затем блокируется. Он очень мягко, без рывков, передает крутящий момент за что и получил большую популярность среди владельцев автомобилей.

Перемещением дисков шкивов управляет электронный блок, который следит за рядом параметров работы двигателя и самой трансмиссии и на основе этого подает команды на исполнительные механизмы.

К примеру, при начале движения необходимо обеспечить максимальное тяговое усилие, для чего половины ведущего шкива нужно максимально развести, а ведомого – свести.

По мере набора скорости блок управления меняет диаметры шкивов, снижая передаточное соотношение.

Планетарный же редуктор в конструкции необходим для обеспечения движения задним ходом.

Типы вариаторов

Во многих узлах и агрегатах нашли широкое применение различные конструкторские решения вариаторов, которые плавно изменяют передаточное число от двигателя к колесам, но в автомобилестроении ужились пока только два их типа:

1. Клиноременной;
2. Тороидный.

Клиноременной

В основу устройства клиноременного вариатора входят два шкива конической формы и одна или двух ременная передача.

Ремень имеет клиновидную форму и может быть изготовлен из резины, набора металлических пластин или цепи. Но это только влияет на надежность работы всей системы, но никак на принцип ее работы.

Конструктивно предусмотрено раздвигание и сдвигание шкивов, благодаря чему и происходит изменение их диаметров.

Благодаря клиновидной формы ремня, последний соприкасается со шкивом боковыми сторонами, что обеспечивает надежную передачу вращательного момента продолжительное время (для резиновых ремней 50 000 км, но это еще не предел).

Изменение передаточного числа происходит за счет сдвигания и раздвигания, ведущего и ведомого шкивов.

При малых оборотах двигателя диски ведущего шкива разжаты, соответственно имеют малый диаметр. Ведомые диски, наоборот, сжаты и имеют больший диаметр.

При увеличении оборотов двигателя под воздействием центробежных сил и различных приводов, диски ведущего шкива сжимаются, а ведомого, наоборот, разжимаются, при этом уменьшается передаточное число.

Чтобы диаметры шкивов изменялись синхронно с возникающими нагрузками на двигатель, в автомобиле с коробкой CVT предусмотрена электронная система управления, которая также совместно управляет и работой планетарного редуктора и сцепления.

Планетарный редуктор обеспечивает движение автомобиля задним ходом, так как конструктивно вариатор не может обеспечить такое движение.

Благодаря электронной системы управления, после выхода автомобиля на крейсерскую скорость, CVT трансмиссия поддерживает те обороты двигателя, которые наилучшим образом будут подходить для хорошей динамики движения автомобиля.

Во время различных экспериментов было установлено, что оптимальный угол наклона внутренних стен шкива должен быть 20 градусов.

В разных устройствах сдвигание и раздвиганье шкивов происходит за счет гидравлики, пружин или центробежных сил.

Резиновые передачи в клиноременных вариаторах зарекомендовали себя плохо, поэтому сейчас в основном устанавливают передачи из цепи или металлических пластин.

Это в значительно мере повысило надежность и увеличило ресурс работы системы и уменьшило шумы во время движения авто.

Так же, как разновидность, существуют клиноцепные трансмиссии, передача крутящего момента в которых происходит с помощью металлической цепи в основе которой лежат специальные пластины, соединенные осями.

КПД взаимодействия со шкивами в таких устройствах в значительной мере выше, чем в обычных клиноременных вариаторов, а значит, потери вращательного момента в них минимальны.

Для управления используется специальный рычаг селектора.

Клиноременной вариатор устанавливается на многих зарубежных автомобилях, у каждого производителя он конструктивно может отличаться и иметь свое название, к примеру:

Тороидный вариатор

Как видно из рисунка тороидный вариатор состоит двух вращающихся в противоположные стороны соосных валов, имеющих тороидную (сферическую) форму.

Между валами зажаты ролики, их тоже видно на рисунке выше, которые изменяя свое положение меняют передаточное число от ведущего к ведомому валу, при этом крутящий момент передается от роликов к валам за счет сил трения.

Основной проблемой, влияющей на надёжность работы всей системы и на КПД передачи крутящего момента, является пятно контакта роликов со сферическими валами.

Усилие прижатия в пятне контакта может быть колоссальным, в некоторых вариаторах оно может достигать 10 т., поэтому, помимо того, что материал в них должен быть высокотехнологичным, система управления тоже должна быть очень надежной.

К примеру, на вариаторе Extroid, который применяется на некоторых моделях Nissan, установлен специальный гидравлический механизм, управляемый электроникой, перемещая ролики с диапазоном в микроны.

Важно – поговорим про клиновидный ремень

Ранее вариатор не нашел широкого распространения на автотранспорте по одной простой причине – резиновый ремень из-за передачи значительных усилий очень быстро стирался.

Так, у упомянутого Volvo 340 приводной элемент отхаживал не более 30 тыс. км.

В современной клиноременной трансмиссии используется привод, который сложно назвать ремнем, поскольку он состоит из двух пакетов стальных лент, с помещенными между них фасонными пластинами, сделанными в виде бабочки.

Благодаря использованию составных элементов из высокопрочных материалов удалось решить одновременно несколько проблем – повысить ресурс работы трансмиссии, увеличить диапазон передаточных чисел (за счет большей гибкости привода), снизить шумность работы.

Также некоторые компании выпускают клиноцепные вариаторы, у которых в качестве приводного элемента выступает многозвеньевая пластинчатая цепь, обладающая еще большей гибкостью, но из-за малого пятна контакта с рабочими поверхностями шкивов, требует использования высокопрочных материалов при создании последних.

Преимущества и недостатки такого решения

Благодаря своему непохожему на ступенчатые коробки принципу работы, вариатор обладает рядом преимуществ перед ними.

Основными из них являются:

• Плавный, но при этом стремительный набор скорости;
• Высокие показатели КПД;
• Отсутствие разрывов в передаче крутящего момента (нет рывков и провалов);
• Отличное реагирование трансмиссии на изменение условий (подъемы, спуски);
• Сниженное потребление топлива;
• Легкость начала движения, отсутствие вероятности отката назад при старте (даже на подъем);
• Отличное согласование работы с двигателем;
• Бесшумность работы.

• Длительная передача высоких оборотов на максимальной мощности негативно сказывается на CVT коробке
• В качестве рабочих жидкостей используются специальные масла;
• Вариатор очень требователен к качеству масла, поэтому менять его и фильтра нужно своевременно;
• Требует строго соблюдения правил эксплуатации (экстремальные условия не для него);
• Такие коробки пока не могут работать с мощными моторами (предел – 220 л. с.);
• Сложность и дороговизна ремонта.

Ну, и некоторые отмечают «скучность» поведения авто, оснащенного CVT трансмиссией. То есть, работа двигателя и вариатора настолько сбалансирована, что добиться от этой пары «спортивного поведения» невозможно.

Частично эта проблема решена за счет имитации работы ступенчатой коробки (специальный режим, при котором существует возможность менять передаточные числа на фиксированные значения).

Что надежнее вариатор или автомат

Что касается вопроса, касающегося того, автомобилю с какой трансмиссией отдать предпочтение – АКПП или вариатору, то однозначного ответа нет.

Современная коробка CVT обладает уже неплохим ресурсом при тех же требованиях технического обслуживания, что и коробка-автомат, но его практически все эксплуатационные показатели выше.

Но все же АКПП пока является более надежной, хоть по конструкции и сложнее, да и экстремальные условия она выдерживает лучше.

В общем, вариатор является отличным вариантом, но в случае если авто за черту город выезжать не будет.

В заключение можно отметить, что за коробками CVT будущее, так как по сравнению с обычной АКПП, они проще в конструкции, а значит, дешевле, они мягче передают крутящий момент, а значит, поездка становится комфортней, они экономят топливо, а значит поездка становится дешевле.

И несмотря на все еще имеющие недостатки, они уже уверенно заняли свои позиции в автомобилестроении.

Мощности транспортных средств, на которые они устанавливаются, постоянно возрастают, а значит, в скором времени мы их увидим и на грузовых автомобилях.

Вариатор или бесступенчатая трансмиссия — видео.

https://nissan-modus.ru/akkumulyator/variator-chto-eto-takoe-printsip-raboty-i-remont.html
https://autotopik.ru/obuchenie/578-variator.html