Устройство и принцип работы вариатора CVT

Коробка передач CVT (Continuously Variable Transmission), или вариатор, относится к классу автоматических КПП с возможностью бесступенчатого изменения передаточного отношения в довольно широком диапазоне. Что означает эта фраза на практике для обычного водителя? Примерно следующее: передачи в коробке будут переключаться автоматически и плавно (без рывков), динамика разгона будет иметь оптимальные значения, а показатель расхода топлива оставаться минимальным. И все это за счет идеального сочетания передаточного отношения в трансмиссии и нагрузки на двигатель в конкретный момент времени. Звучит неплохо и, действительно, вариатор cvt, с инженерной точки зрения, является оптимальной КПП из всех существующих на данный момент. Но все ли так гладко с ним? В статье разберем, что такое вариатор, его устройство и принцип работы, виды и особенности применения. Вы сможете сами оценить заложенные в конструкции преимущества и, конечно же, его недостатки.

1. Принцип работы CVT и его виды
2. Клиноременный вариатор
3. Тороидный вариатор
4. Цепной вариатор
5. Особенности конструкции CVT
6. Устройство вариатора
7. Рабочая жидкость CVT
8. Строение ремня и цепи
9. Вариатор в мировом автомобилестроении

Принцип работы CVT и его виды

Клиноременный вариатор

Наиболее распространенным типом вариатора на сегодняшний день является клиноременный. В основе конструкции такого вариатора лежит ременная передача, состоящая из двух шкивов конусообразной формы и клиновидного ремня, натянутого между ними. Передача крутящего момента от ведущего шкива к ведомому происходит при помощи специального ремня, то есть за счет сил трения, возникающих в пятне контакта ремня и шкивов. Пятно контакта представляет собой окружность, имеющую свой эффективный диаметр.

Таким образом, если мы будем изменять эффективный диаметр на входном и выходном шкивах, то будет меняться и передаточное отношение, а следовательно, и скорость движения автомобиля. Если диаметр ведомого шкива больше ведущего, то передача будет понижающая, если меньше – то повышающая. Если диаметры входа и выхода равны, то передача прямая. Изменение эффективного диаметра контакта происходит за счет изменения расстояния между конусами шкивов: одна часть шкива закреплена неподвижно, а вторая имеет возможность осевого перемещения.

Перемещение происходит за счет давления рабочей жидкости. Причем гидравлическое управление реализовано, как правило, только на ведущем шкиве, ведомый же изменяет свой диаметр за счет натяжения ремня и возвратной пружины. Таким образом, незначительно изменяя давления рабочей жидкости, можно изменять положение шкивов и эффективный диаметр контакта ремня, тем самым в достаточно широком диапазоне изменяя передаточное отношение в трансмиссии. И, что немаловажно, делать это бесступенчато и плавно. Именно в принципе работы вариатора заключаются все его основные преимущества и недостатки.

Тороидный вариатор

Состоит из двух противоположно направленных конусовидных дисков (ведущий и ведомый), соединенных роликами. Последние, синхронно перемещаясь по изгибу дисков, изменяют передаточное отношение. При контакте роликов с ведущим диском по наибольшему радиусу, а с ведомым – по наименьшему, выполняется режим повышающей передачи. Для понижения передачи ролики смещаются в сторону ведомого вала. При центральном положении происходит прямая передача.

Цепной вариатор

Встречается менее редко, чем тороидный и является разновидностью клиноременного вариатора, в котором ремень CVT заменен на стальную цепь. Наиболее известным устройством подобного типа является вариатор Multitronic, которому посвящена наша отдельная статья.

Особенности конструкции CVT

Устройство вариатора

Конструктивно вариатор cvt состоит из следующих элементов:

1. Клиноременная передача, состоящая из шкивов и ремня.
2. Пакет фрикционных муфт или гидротрансформатор – предназначены для отсоединения трансмиссии от двигателя и обеспечения нейтральной передачи (наличие зависит от конкретной модели).
3. Планетарный механизм – устройство, предназначенное для изменения направления вращения входного вала (режим заднего хода).
4. Дифференциал – устройство для распределения крутящего момента на ведущие колеса автомобиля.
5. Блок управления трансмиссией – электронная система, которая считывает данные с датчиков и передает соответствующие сигналы, меняющие режим работы вариатора. Ряд моделей cvt предусматривают возможность ручного переключения скорости при помощи настроек электронного управления. При этом переключение происходит ступенчато, аналогично АКПП. Также могут быть предусмотрены функции экономичного или спортивного режима.
6. Храповик – устройство для блокировки движения во время стоянки (P-паркинг).
7. Гидравлическая система.
8. Датчики (скорости входного и выходного валов, температуры рабочей жидкости, положения селектора).
9. Корпус.

Шкивами вариаторного механизма КПП управляет гидравлическая система, которая должна обеспечивать синхронное перемещение конусов или роликов бесступенчатой передачи. Она состоит из:

• Гидравлического насоса;
• Блока гидравлических клапанов;
• Управляющих гидроцилиндров;
• Фильтра.

Насос приводится во вращение от коленчатого вала двигателя и находится в постоянной работе, пока работает двигатель.

Рабочая жидкость CVT

Масло в вариаторах специально разработано для использования в бесступенчатых КПП. При рабочей температуре масла (от +60ºС до +70ºC) начинают проявляться его фрикционные свойства.

При повышенных скоростях автомобиля (более 150 км/ч) масло может перегреваться (температура более +80ºC), что уменьшает срок службы вариатора. Охлаждение масла в зависимости от модели может осуществляться за счет корпуса дополнительно установленного радиатора (маслоохладителя).

На корректность работы CVT также влияет давление масла и уровень масла. Снижение его уровня может привести к проскальзыванию ремня (цепи) и фрикционов.

Строение ремня и цепи

Отдельного внимания заслуживают такие детали, как цепь и ремень вариатора. Последний представляет собой сборную металлическую ленту. Она состоит из нескольких тросов или полос (до 12 штук), которые скрепляются стальными пластинами (скобами) сложной формы.

Для защиты от износа и проскальзывания ремень имеет специальное покрытие. При работе вариатора ремень соприкасается с конусами шкивов краями пластин, что обеспечивает нужные толкающие свойства обеих сторон без потери гибкости и возникновения деформаций.

Обычные кожаные или силиконовые ремни имеют слишком малый срок службы, а потому в КПП не применяются. Ремень вариатора может заменить только стальная цепь (цепной вариатор), что также состоит из пластин, соприкасающихся со шкивами (конусами).

Вариатор в мировом автомобилестроении

В мировой практике вариаторы все чаще устанавливаются на современные автомобили. Очень популярен CVT в японском и немецком автомобилестроении.

Многие производители, разрабатывая новые модели бесступенчатых КПП, позиционируют их на рынке под собственными названиями, но сущность механизма, в целом, остается неизменной. Наиболее популярны следующие модели:

• Для японских автомобилей – Multimatic (Honda), Multidrive (Toyota), Lineartronic (Subaru), Xtronic (Nissan);
• Для немецких моделей – Multitronic (Audi), Autotronic (Mercedes-Benz);
• В США вариаторы известны, как Durashift CVT или Ecotronic (Ford).

Отечественные автолюбители относятся к CVT довольно скептически. Это обусловлено рядом недостатков:

• Передача крутящего момента в вариаторе происходит за счет силы трения, а потому их не используют в автомобилях с мощными двигателями;
• Высокая стоимость обслуживания – дорогостоящее масло и фильтр;
• Плохая ремонтопригодность;
• Буксировать автомобиль, на котором установлен вариатор CVT, можно только на эвакуаторе, либо с помощью частичной погрузки ведущей оси.

Вместе с тем неоспоримы и преимущества вариатора:

• Плавность движения;
• Хорошая динамика разгона;
• Экономичный расход топлива;
• Простота конструкции;
• Низкий вес;
• Относительно невысокая стоимость.

Автомобили, на которых установлен вариатор CVT, в большей степени предназначены для передвижения по городу, где механизм полностью раскрывает свои плюсы, обеспечивая максимальный комфорт. Они стали хорошей альтернативой гидромеханической АКПП, хотя срок службы вариатора чуть ниже и редко превышает 150 000 км.

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.

Всё о вариаторах (CVT): чем отличаются, как работают, как эксплуатировать? Насколько надежны и экономичны? Стоит ли вообще брать автомобиль с вариатором?

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).

Современные вариаторы

В наши дни бесступенчатой трансмиссией оснащают большинство автомобилей японских и немецких брендов. Поскольку их производство обходится дешевле.

Ведущими мировыми производителями автоматических АКПП, включая вариаторы являются компании ZF, Aisin, Luk. Эти изготовители создают «автоматы» для автоконцернов из Японии, Европы и США. Например, концерн Ford использует продукцию фирмы ZF, а Luk поставляет комплектующие для вариаторов Subaru.

Также производство CVT наладили многие мировые автоконцерны на своих заводах. Их разработки запатентованы и производятся под собственными названиями. Некоторые из этих CVT действительно имеют уникальные особенности, сказывающиеся на эксплуатации узла. Сущность других не слишком отличается от изобретённого ранее.

Наиболее известные модели вариаторов:

• японские – X-tronic (Nissan), Lineartronic (Subaru), Multimatic (Хонда), Multidrive (Тойота) – японские вариаторы менее «капризны», бесспорным лидером среди них является Multidrive (Тойота);
• немецкие — Multitronic (Ауди), Autotronic (Mercedes-Benz);
• американские – Ecotronic (Ford) и Durashift CVT (Dodge).

В нашей стране распространение получили следующие модели автомобилей с вариатором: Honda HR-V и Civic, Nissan Primera, модели Audi.

Особенности и отличия вариатора X-tronic Nissan

В автомобили альянса Nissan- Renault устанавливают фирменные вариаторы X-tronic, выпускаемые дочерней фирой Jatco: на кроссоверы Renault Каптур , Nissan X-trail и Qashqai и др.

Бесступенчатая трансмиссия (CVT) Nissan относится к типу клиноременных вариаторов, но является его доработанной версией. Причиной доработки послужило желание автоконцерна лишить вариатор его типичных недостатков.

Инженеры внесли изменения в устройство клиноременной передачи (изготовили более тонкие шкивы, снизили гибкость ремня). Степень надежности вариатора увеличена за счёт снижения давления между ремнём и шкивами. Уменьшились на треть потери на трение. В результате внесённых изменений получилась более легкая КПП.

Главное новшество – дополнительная планетарная передача. В отличие от обычных CVT передаточное число X-tronic выше – повышено до 7,3/1.

X-tronic работает в паре с мощными двигателями, благодаря адаптивной электронной системе контроля вариатор «подстраивается» под любые дорожные условия. Отсюда и признание экспертов: бесступенчатая трансмиссия X-tronic – перспективная разработка, меняющая к лучшему общее представление о вариаторах.

В свою очередь водители в многочисленных положительных отзывах отмечают: CVT от Nissan работает тихо, автомобиль с ним плавно и стремительно быстро разгоняется, благодаря вариатору ощущение комфорта не покидает во время всей езды.

Но без минусов и здесь не обошлось: автомобиль с вариатором X-tronic пробуксовывает в сложных дорожных условиях (снег, грязь). И в случае поломки возникают всё те же сложности с ремонтом.

Lineartronic Subaru – один из самых надежных вариаторов

С 1984 года компания Subaru стала использовать забытые со времён попыток Вольво вариаторы ECVT, существенно доработав их. Инженеры Субару оснастили CVT не эластичным ремнём, а набранным из металлических звеньев. Также механизм получил гидротрансформатор, датчики, электронную систему. В этой CVT менялся диаметр лишь у ведущего шкива. Эксперты были поражены – срок службы этого вариатора оказался в разы больше. А автоматический режим демонстрировал все преимущества АКПП. В один «прекрасный момент» концерн решил отказаться от ECVT, устанавливаемого на модели Justy, и разработал вариатор для Vivio, управляемый исключительно электроникой. Чуть позже инженеры Subaru попытались улучшить характеристики своего первого вариатора, новую модель назвали iCVT и установили её на автомобиль Pleo. Попытка установить iCVT на более мощные автомобили не увенчалась успехом.

В 2009 появилась новая модель вариатора под названием Lineartronic, основанная на разработках известного производителя автозапчастей – компании LuK. Сегодня вариаторы Lineartronic от Subaru устанавливают на модели марки: седаны Outback, Impreza, Legacy, компактвэн Exiga, кроссовер Forester.

На автомобили с турбированными двигателями устанавливается модернизированная версия TR690, выпускаемого с 2009, а на остальные – новый вариатор TR580 (New Lineartronic). Версии CVT отличаются конструкцией и размерами.

CVT от Subaru считаются самыми надежными, поскольку в них вместо ремня используется цепь (относится к типу клиноцепных вариаторов). Компания LuK по сегодняшний день поставляет Subaru для вариатора Lineartronic цепь и направляющие. Цепь собрана из 900 пластинок, отличается гибкостью. С ней стало возможно использовать шкивы меньшего диаметра.

Из-за разницы между шириной шкивов CVT демонстрирует рекордное максимальное передаточное число – 6,32. Также меньший радиус изгиба позволил добиться снижения внутреннего напряжения, минимизировать риск деформации и трения частей цепи.

Плавный, но уверенный старт (даже при подъёме в гору) обеспечивает работа гидротрансформатора. Он в два раза увеличивает крутящий момент, идущий от двигателя, а затем (при отметке в 10 км/ч) блокируется (что исключает лишние энергетические потери).

При внушительном потенциале Lineartronic имеет компактные размеры: вся конструкция CVT значительно меньше ременного.

В корпус вариатора интегрирована система 4WD. «Электроника» позволяет распределять момент между осями, в зависимости от дорожных условий; обеспечивает устойчивость автомобиля и управляемость.

Электронный блок управления CVT вынесен за пределы вариатора, не подвержен вибрации, перепадам температуры, поэтому демонстрирует высокую надежность.

В свете этих особенностей цепной Lineartronic оказывается на 5% эффективнее стандартной клиноременной КПП. Экономит до 8% топлива (в сравнении с АКПП) – это серьезное достижение, учитывая, что 1% экономии в автомобильном мире уже является успехом. Ресурса работы Lineartronic хватает на 200-250 тыс. км. CVT может послужит и дольше, если провести капремонт.

Правда для агрессивной езды вариатор Lineartronic не предназначен (быстро изнашиваются узлы и детали из-за резкой смены режимов движения). Не допустима и буксировка на тросе при неработающем двигателе. На срок службы и бесперебойную работу CVT Субару влияет качество жидкости, специально разработанной для цепного вариатора.

Особенности Multitronic Audi

Аудио производит вариатор с так называемыми виртуальными передачами: каждой передаче соответствует определённое положение колесиков конической формы. При разгоне CVT поддерживает высокие обороты. «Автоматика» срабатывает только при включении спортивного режима. Передача выбирается водителем.

Такое CVT выпускается с 2005 года под названием Multitronic. Относится к типу цепных вариаторов. Устанавливается в автомобилях премиум класса – А6, А8.

Конструкция включает крепкую цепь – собрана из 1025 пластинок, для снижения уровня шума использованы звенья разного размера. А также шкивы с гидроцилиндрами (первый прижимает цепь к шкиву, второй регулирует передаточное число). Сжатие шкивов позволяет избежать проскальзывания при понижении (либо повышении) передачи.

В устройстве сцепления Audio (в CVT) вместо гидросистемы применено многодисковое сцепление, что позволило совместить плавность движения с быстрым стартом и набором скорости.

В Multitronic предусмотрен планетарный механизм (для движения задним ходом). Система управления позволяет регулировать скорость движения задним ходом.

Прежние вариаторы Audi, производимые с 1996 г, «славились» постоянными сбоями в управляющей электронной системе. Не отличалась прочностью цепь. Но и Multitronic далеко не идеален. От его использования инженеры Ауди стали отказываться.

Как определить, какая КПП установлена в автомобиле

Современные КПП, включая роботизированные коробки, очень похожи друг на друга внешне: даже бесступенчатая имитирует «автомат» (имеет селектор и стандартную шкалу скоростей). И всё-таки определить, установлен в ТС вариатор или другая коробка передач, можно. Обратите внимание на:

• информацию в документах на машину,
• описания модели вашего автомобиля из Интернета,
• табличку, расположенную на кузове ТС.

Информация о трансмиссии содержится в инструкции по эксплуатации автомобиля, в технической документации. Также об установленном устройстве можно узнать по vin-номеру ТС (идентификационный номер указывают в свидетельстве о ТС и в паспорте ТС). Существуют специальные веб-сервисы, которые по VIN-коду выдают информацию о комплектации автомобиля.

Не всегда стоит прибегать к услугам платных онлайн сервисов (далеко не каждый даст нужную информацию). Стоит поискать сведения о трансмиссии через поисковую систему. Большинство моделей разных марок подробно описаны в Интернете. Но, если информации о трансмиссии нет, остаётся ещё один вариант – обозначения на табличке.

Обозначения представляют собой набор цифр и букв, расшифровать которые поможет продавец-консультант (если вам необходимо докупить запчасти). Этой информации достаточно, чтобы заказать комплектующие. Если вдруг табличка утеряна или на ней стерлись буквы, такая же расположена на корпусе самого устройства. Сведения о трансмиссии узнает мастер, когда доберется до корпуса (в случае техобслуживания или ремонта).

Подкапотная табличка Subaru

Подкапотная табличка Audi

Подкапотная табличка Nissan

Плюсы и минусы бесступенчатой трансмиссии

Автомобили с вариаторами в первую очередь славятся высоким КПД и уровнем комфорта во время езды: плавность хода, быстрый разгон, незаметное изменение скорости, отсутствие рывков. CVT обеспечивает оптимальные обороты двигателя и максимальный крутящий момент. Двигатель не глохнет на светофоре и при движении в пробках. Подъём в гору проходит быстрее, без снижения скорости.

Это основные плюсы коробки передач CVT, минусов, к сожалению, больше.

1. Бытует мнение, что CVT часто выходит из строя. Однако это не совсем так: проблем с вариатором не возникает, пока действует гарантия на новый автомобиль. Чаще выходят из строя CVT, если владелец автомобиля нарушает правила эксплуатации, рекомендованные производителем (подвергает авто высоким нагрузкам, предпочитая агрессивную езду).
2. Помимо замены дорогостоящего оригинального масла требуется и замена фильтров (каждые 30 тыс. км).
3. В виду конструктивных особенностей область применения вариаторов ограничена: их нельзя использовать в ТС с мощными двигателями (не более 220 л.с.). Также недопустимо эксплуатировать автомобиль на высоких скоростях.
4. Ещё одно ограничение касается буксировки: автомобиль с вариатором можно буксировать только на эвакуаторе.

Вердикт знатоков: экономия или надежность?

В конце статьи хотелось бы ответить на главный вопрос автовладельцев – что лучше CVT или автомат? С экономической точки зрения выгоднее покупать автомобиль с вариатором, поскольку именно бесступенчатая коробка передач обеспечивает оптимальный расход топлива. Да и двигатель в паре с вариатором работает дольше (испытывает меньше нагрузок).

Но если взять во внимание и другие факторы (короткий, в сравнении с КПП, срок службы, высокая цена оригинального масла, стоимость возможного ремонта), покупка авто с CVT уже не выглядит столь рациональной.

К сожалению, ремонт обходится дорого. Стоимость в разы увеличивается, если появляется необходимость в ремонте гидротрансформатора или оказывается, что нужных запчастей в наличии нет (необходимо заказывать). Нередко речь заходит о полной замене CVT: вариаторы не отличаются долговечностью – 150-200 тыс. км пробега (отсюда и низкий спрос на вторичном рынке). К тому же, мастеров, способных осуществить такой сложный ремонт и полную замену, немного (соответственно и стоимость на их услуги выше).

Поэтому и с точки зрения надежности, и с точки зрения экономичности выгоднее приобретать ТС с АКПП или МКПП (такие авто продаются не намного дороже). Исключение составляют лишь некоторые модели вариаторов, отличившиеся увеличенной степенью надежности и улучшенными эксплуатационными характеристиками (X-tronic, цепной Lineartronic, цепной Multitronic с адаптивным режимом «Спорт»).

Каким авто отдавать предпочтение? Зависит от вас: ваших финансовых возможностей (рассматриваете покупку нового авто или ищите на вторичном рынке, готовы ли вкладываться в дорогостоящее обслуживание), как долго планируете ездить, насколько важно выгодно перепродать автомобиль, какой стиль вождения вы предпочитаете. Автомобили с CVT подходят ответственным водителям, предпочитающим размеренную езду по городу или по трассе, высоко ценящим комфорт во время езды.

Видео: Всё о вариаторе. Простыми словами о сложном!

https://techautoport.ru/transmissiya/korobka-peredach/korobka-peredach-cvt.html

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

https://car4road.ru/blog/vsyo-o-variatorah-cvt-chem-otlichayutsya-kak-rabotayut-kak-ekspluatirovat-naskolko-nadezhny-i-ekonomichny-stoit-li-voobshhe-brat-avtomobil-s-variatorom