Что нужно знать о вариаторных коробках передач

Только недавно поклонники механики свыклись с существованием автоматов, как на рынок вышли коробки нового типа. Речь идёт о вариаторах.

В последнее время автопроизводители начали активно внедрять этот тип КПП в свои автомобили. Причём их можно встретить как на компактных городских хэтчбеках, так и на кроссоверах.

При этом не все понимают суть и принцип работы вариатора, его сильные и слабые стороны. Это стоит узнать, прежде чем решиться на покупку машины с таким типом коробки передач.

Что это такое

Многих закономерно интересует, что это такое и чем вариатор отличается от других КПП на автомобиле.

Но сначала небольшой экскурс в историю. Прежде чем рассказать, что такое КПП вариатор, не лишним будет узнать, когда он впервые появился в автомобиле.

Впервые о принципе работы вариатора задумался великий да Винчи в 15 веке. Но патент на такую разработку появился лишь во второй половине 19 века. Первая машина с подобной КПП появилась в 50-х годах прошлого века. Тогда вариацию вариатора поставили на машину фирмы DAF. Чуть позже КПП установили на авто марки Volvo. Тогда коробка не завоевала особой популярности, и производство прекратилось. Зато не остановились работы по усовершенствованию.

Вариатор маркируют как CVT, что переводится как бесступенчатый переключатель скоростей.

Но это всё равно не даёт понять, что такое CVT трансмиссия. Отличительной особенностью узла является способность к изменению передач в ином порядке, нежели в классическом автомате. Передачи меняются без последовательного и постоянного переключения скоростей. Поэтому коробку и называют бесступенчатой.

Это если говорить простыми словами о том, что же такое вариатор и как он работает в машине.

При этом CVT считается разновидностью автоматических коробок. Вариатор способен функционировать в широком диапазоне, условные передачи переключаются в автоматическом режиме, всеми процессами управляет электроника. При этом разница между современным вариатором и классическим автоматом внушительная.

Бесступенчатые коробки компактнее и меньше, что связано с их конструктивными особенностями;

У коробок разный принцип работы. CVT может похвастаться оптимальным сочетанием между нагрузкой на мотор и передаточным отношением в момент времени, поскольку изменения здесь происходят ежесекундно.

Это примерное описание того, что значит CVT и какие особенности имеет эта коробка передач.

С позиции инженерии вариатор считается лучшей КПП среди всех существующих, но делать поспешные выводы не стоит. Технология ещё далека от совершенства.

Условно понимая, что значит современная коробка передач типа CVT, стоит углубиться в этот вопрос и изучить систему более подробно. Это позволит не просто уловить суть, но и принять для себя решение касательно покупки авто с такой трансмиссией.

Возвращаясь к вопросу о том, что означает CVT и почему такая коробка в автомобиле считается оптимальной. Это обусловлено отсутствием переменных передач. То есть когда машина движется, толчки, характерные для АКПП и роботов при смене передачи, в случае с CVT отсутствуют. Скорость набирается плавно и чётко, без рывков.

Принцип работы

Далее разберёмся с принципом работы вариаторов на автомобилях.

Функционирование такой коробки основано на том, что крутящий момент постоянно меняется на ведущем и ведомом диске. Авто стартует мягко и плавно, чего нет у других трансмиссий. По ощущениям это напоминает мощную электромашину с плавным разгоном и с отсутствующими шумами при наборе скорости.

Поскольку в CVT переключения скоростей как такового нет, это позволяет быстрее увеличивать скорость.

Принцип работы заключается в том, что коробка плавно меняет передаточные числа при увеличении и снижении скорости. Огромную роль в этом играет программное обеспечение. В самом простом виде вариатор является движущим механизмом, в котором вращение от одного узла к другому передаётся через промежуточное звено. В качестве узла выступает пара шкивов. Это колёса с ободом вокруг и с ремнём внутри. А промежуточное звено представлено в виде клинового ремня, который соединяет собой шкивы. В итоге коробка и получила своё название клиноременного вариатора.

В случае с CVT происходит непрерывная подача крутящего момента на колёса. Аналогично без перерывов меняется и передаточное отношение, что возникает при изменении оборотов ДВС, и в этот момент ремень сильнее натягивается либо ослабляется.

Если говорить про устройство вариатора, то его конструкция, принцип работы и составляющие элементы могут меняться в зависимости от конкретного типа CVT, предусмотренного для автомобиля.

Но к числу основных компонентов вариаторной коробки можно отнести:

• шкивы;
• ремень;
• гидравлический трансформатор (не на всех моделях);
• планетарный редуктор;
• первичный вал;
• вторичный вал;
• дифференциал;
• электронная система;
• комплект датчиков;
• гидравлическая жидкость (масло) и пр.

Принцип работы коробок одинаковый, но конструкция и устройство отличаются.

Разновидности вариаторов

Всего различают 3 основных вида вариаторов. А именно:

• клиноременной механизм, являющийся самым распространённым;
• клиноцепной автомобильный вариатор;
• тороидный вид коробки вариатора.

Наиболее актуальным и востребованным остаётся клиноременной тип.

• В современном исполнении для клиноременного CVT применяются шкивы на основе высокопрочного металла.
• Ремень заменили на наборную ленту на базе устойчивого к износу металла, хотя ранее применялись эластичные жгуты.
• На ремне предусмотрено специальное покрытие, которое не даёт детали быстро изнашиваться и провоцировать проскальзывания.
• Один из пары шкивов ведущий. Он соединяется с коленвалом ДВС, выступает как преобразователь энергии.
• Ведомый шкив соединяется с колёсами машины.
• У шкивов предусмотрен переменный диаметр. Когда скорость маленькая, диаметр ведущего шкива минимальный, а у ведомого он максимальный. Если скорость средняя, то диаметр двух шкивов выравнивается. Меняя размеры шкивов, меняется показатель передаточного числа.
• Всех механизмом управляет специальная электроника, собирающая информацию со множества датчиков.

Что же касается тороидного типа коробки, то она встречается в основном на автомобилях с полным и задним приводом. Тороидный CVT считается более сложным устройством.

• Здесь шкивы заменены на диски, которые вытянуты в форму конуса с одной из сторон.
• По отношению друг к другу диски направляются своими острыми концами.
• Верхний диск ведущий, а нижний ведомый.
• Задачи ремня выполняют специальные ролики, которые располагаются по разные стороны непосредственно между дисками, двигаясь вдоль изгибов.
• При синхронном поднятии повышается передача. Когда они опускаются к диску (ведомому), происходит понижение передачи.
• Передача усилия осуществляется за счёт трения, то есть ролики между дисками начинают тереться.

В плане надёжности тороидные коробки лучше клиноременных. Но всё меняет один ключевой недостаток. Это непригодность к ремонту. При возникновении неисправностей требуется полная замена вариатора.

Цепной вариатор является разновидностью клиноременной коробки. Существенных отличий здесь нет. Просто вместо ремня применяется цепь из стали.

Этот тип вариатора называют клиноцепным, и его разработали в компании Audi. Характерной особенностью считается внушительный срок службы, высокий уровень надёжности и устойчивость к нагрузкам. Такие CVT актуально ставить на грузовой транспорт.

Цепные вариаторы не получили широкого распространения, поскольку во время работы создают высокий уровень шума.

Вот и получается, что среди всех существующих вариантов, лишь клиноременной вариатор получил широкое распространение и применяется на большинстве автомобилей.

Как распознать вариатор в автомобиле

Некоторые автомобилисты интересуются тем, как можно отличить коробку вариатор от автомата визуально, по внешним признакам.

В действительности сделать это не так просто. Проблема в том, что визуально вариатор имеет примерно такое же оформление, как и у автомата. Из-за этого визуально отличить их между собой и определить без дополнительного вмешательства в автомобиль, где какая КПП, довольно сложно.

Это связано с тем, что у АКПП и у CVT на корпус коробки наносятся аналогичные символы типа режима Паркинг, задний ход, Драйв и пр.

Для идентификации вариатора можно воспользоваться:

• описанием авто в документах;
• информацией в Интернете;
• табличкой на кузове машины.

Вам потребуется руководство по эксплуатации, где должна быть описана применяемая коробка. Ещё один способ предусматривает использование VIN-кода транспортного средства. Через специальные веб-сервисы можно за пару минут узнать все подробности комплектации.

Но вовсе не обязательно платить за такую информацию и искать данные на просторах всемирной паутины. Можно просто взглянуть на табличку. В ней прописаны символы, в которых и зашифрован тип установленной коробки передач.

Самым же простым способом будет идентификация через тест-драйв. Проедьтесь на машине, и вы сразу поймёте, что это CVT. Если толчки отсутствуют, автомобиль разгоняется плавно и без рывков, перед вами вариатор.

Преимущества и недостатки

Прежде чем решиться на покупку такой машины, стоит узнать, какие плюсы и минусы имеет вариатор.

К сильным сторонам CVT можно отнести такие моменты:

• плавный ход;
• высокий КПД;
• отличный уровень комфорта;
• активный разгон;
• отсутствие пинков и рывков;
• оптимальный режим работы двигателя;
• экономичность.

Стоит заметить, что срок службы нельзя назвать сильной или слабой стороной вариатора, поскольку многое зависит от условий эксплуатации.

Несмотря на активную модернизацию и внедрение новых решений, у вариатора остаётся ещё много недостатков:

• При превышении нагрузок и агрессивной езде вариатор быстро выходит из строя.
• Масло для таких коробок дороже обычного. Дополнительно требуется чаще менять масляный фильтр.
• Такие коробки не предназначены для автомобилей с двигателями мощностью более 220 лошадиных сил.
• Существуют жёсткие ограничения по буксировке.
• Машина с CVT не любит перевозить большой груз, тяжёлые прицепы.

Это машина для городской езды при умеренных скоростях. Для любителей острых ощущений такая коробка точно не подходит. Если вы предпочитаете размеренную езду и не ездите с прицепом позади себя, выбор в пользу CVT будет логичным решением.

Правила эксплуатации

Напоследок стоит рассказать о том, как нужно правильно ездить на коробке вариаторе и что следует знать об особенностях эксплуатации.

Чтобы понять, можно ли буксировать автомобили с вариаторами и действительно ли можно при вариаторе на автомобиле таскать за собой прицеп, стоит взглянуть на 5 главных ошибок автомобилистов.

1. Резкие разгоны и большая скорость. Если вы не знаете, как правильно пользоваться вариатором, запомните главное. Эта коробка не любит агрессивное вождение. Это гарантия быстрого выхода из строя трансмиссии. Чем выше нагрузки, тем быстрее изнашивается агрегат.
2. Эксплуатация в условиях бездорожья. Сами производители вводят в заблуждение покупателей, предлагая кроссоверы с CVT. Бездорожье связано с постоянными пробуксовками, высокими оборотами. Это влечёт за собой перегрев ремней и шкивов. Зацепы и проскальзывания вовсе ведут к задирам на шкивах.
3. Буксировка прицепа. Вариатор не любит тащить за собой тяжёлый груз. Поэтому CVT с прицепами являются опасной комбинацией. Если вам требуется регулярно перевозить на машине тяжёлые грузы, используя прицеп, от вариатора категорически откажитесь. То же самое можно ответить на вопрос о том, можно ли буксировать другие авто на вариаторе. Лучше этого не делать. А если и возникла такая необходимость, то только при скорости до 60 км/час и не более 50 км.
4. Буксировка машины. Часто автолюбители интересуются тем, можно ли буксировать автомобили с коробкой вариатором. Нет, делать это нельзя ни в коем случае. Если автомобиль заглох, машину следует грузить на эвакуатор или использовать метод частичной погрузки. В противном случае ведомый вал начнёт вращаться от автоколёс, и в итоге цепь либо ремень проточат неподвижный вал. Коробка выйдет из строя.
5. Небрежное обслуживание. CVT крайне чувствительная к качеству расходников, особенно масла. Для вариаторов применяется специальная смазка. Оптимально её менять каждые 30 тысяч км., использовать только оригинальную жидкость, рекомендованную производителем.

У вариатора неплохие перспективы. Но лишь при условии, что работа над ошибками продолжится, и слабые стороны CVT в последующем будут устранены.

Вариаторная коробка передач: Принцип работы, Плюсы минусы, Отличие от АКПП МКПП

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

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

Главная отличительная особенность

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

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

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

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

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

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

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

Осознанный выбор брендов мирового масштаба

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

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

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

Разновидности

Есть несколько типов, каждый из которых обладает технологическими особенностями:

• клиноременной;
• клиноцепной;
• тороидный.

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

Клиноременный агрегат

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

• ведущий;
• ведомый.

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

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

Принцип работы

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

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

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

Клиноцепной вариант

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

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

Тороидный механизм

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

• ведущий;
• ведомый.

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

Принцип действия

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

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

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

Сильные стороны

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

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

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

Ряд недостатков альтернативной АКПП

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

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

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

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

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

Поведение автомобиля

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

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

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

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

Какой вариант лучше?

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

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

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

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

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://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-variator-v-avtomobile-kak-rabotaet.html

Вариаторная коробка передач: Принцип работы, Плюсы минусы, Отличие от АКПП МКПП

https://autotopik.ru/obuchenie/578-variator.html