Цепной вариатор принцип работы

Устройство вариатора

С каждым годом в автомобильной отрасли происходят существенные изменения: разрабатываются все новые устройства и аппараты для облегчения вождения и улучшения качества поездки. Постепенно все общепринятые приборы заменяются наиболее удачными изобретениями. Не стала исключением и всеми известная коробка передач.

Если вы страстный автолюбитель, то наверняка не раз сталкивались с названием – бесступенчатый вариатор. Эта новинка наших дней была придумана много лет назад. Еще одаренным Леонардо да Винчи в 1490 году. Но воплотить ее в жизнь смогли только в 1950 годах. Первым легковым автомобилем с такой трансмиссией стала 600-я модель от фирмы «DAF». В ней установили вариатор под названием «Variomatic», затем эстафету перехватила компания «Volvo». Сейчас многие автомобильные компании стали поставлять на рынок свои автомобили именно с такой трансмиссией.

Отличие вариатора от других коробок передач

Механическая коробка (МКПП) имеет пять скоростей, автоматическая (АКПП) – восемь, а вариатор обладает неограниченным количеством передач. Но это не главная разница. Для уяснения ситуации, немного опишем принцип действия двигателя, чтобы понять, в чем удобство использования вариатора.

Итак, в привычных ступенчатых коробках передач есть существенный недостаток – они имеют фиксированные передаточные числа, которых на дороге порой недостаточно. Даже при езде по абсолютно ровной поверхности двигатель должен, разгоняясь преодолевать внешнюю нагрузку – силу инерции, а затем, достигая идеального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он набирает скорость. А после этого передача становится низкой. Для ее повышения необходимо использовать большее количество ступеней, а в коробках передач их заложено определенное количество. Да еще при переходе на каждую из них происходит рывок. Поэтому возникло решение убрать ступени трансмиссии. В результате получили вариатор. Он представляет собой идеальный вариант, в котором смена скоростей происходит плавно без скачков.

Этот аппарат постепенно изменяет крутящий момент на ведомом и ведущем диске. Он начинает свое движение плавно, в отличие от других коробок передач. Авто, оснащенное им, ведет себя так, как будто на нем стоит мощный электродвигатель. Скорость машины увеличивается плавно, без постороннего шума. Из-за того, что вариатору не требуется переключения передач, авто с ним набирает скорость быстрее, чем с другими КПП.

К тому же автомобиль с вариатором намного проще в управлении. С ним под силу справиться даже начинающему автолюбителю, так как такой вид трансмиссии не реагирует на манеру вождения водителя и не способен заглохнуть. Даже при стремительном разгоне двигатель работает очень тихо, по сравнению с другими коробками. Если полностью притопить педаль газа, то произойдет молниеносное ускорение автомобиля без характерного «рычания».

Некоторым не нравиться, что мотор никак себя не проявляет при смене скорости, но это непривычно тем, кто привык ездить на автоматике или спортивных машинах, где «рёв» добавляет адреналина водителю.

Эта трансмиссия обладает большими возможностями, это подтверждает и тот факт, что до 1994 года на гонках болидов Формулы-1 ее нельзя было использовать.

Ведущие автомобильные производители наладили выпуск моделей вариаторов, создаваемых на своем предприятии, а чтобы выделить их из основной массы каждая фирма дала определенное название изобретению. Бесступенчатая КПП «Lineartronic» была разработана Subaru, «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz, Multitronic — Audi, а «Multidrive» — Toyota. Некоторые фирмы выпустили по два варианта вариатора:

• «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan;
• «Ecotronic» и «Durashift CVT» — творения от Ford

Чтобы автолюбителям сразу было понятно, что на машине стоит вариатор ему присвоили обозначение CVT. В ней зашифровано три слова – постоянно изменяющаяся трансмиссия (Continuously Variable Transmission).

Принцип работы вариатора и его устройство

Бесступенчатая коробка плавно изменяет крутящий момент в заданных промежутках регулирования. Это достигается за счет ее особой конструкции, которая состоит из следующих компонентов:

• вариатора;
• механизма сцепления;
• аппарата для передачи реверса;
• процессора с исполнительным устройством.

В качестве автоматического сцепления выступают разные виды устройств. Без них крутящий момент сразу же передавался бы на колёса, а так указанный узел будет отвечать за плавную передачу движения. Сцепление может быть:

• центробежным – технология «Transmatic»;
• мокрым многодисковым – представители «Multimatic» и «Multitronic»;
• электромагнитным — вариатор «Hyper»;
• гидротрансформаторным.

Последний вид применяется на большинстве авто. Он обеспечивает плавную работу двигателя без рывков и продлевает жизнь вариатору. На высоких оборотах входит в режим полного зацепления, при котором исключается проскальзывание. Но часть его мощности может уходить в нагрев. А бывают случаи, что он перегревается, об этом становиться известно по зажигающейся красной лампочке на приборной доске.

Работа вариатора осуществляется с помощью электронного блока. Он отвечает за следующие функции:

• управление сцеплением;
• изменение передаточного отношения между валами вариатора;
• контролирование работы планетарного редуктора;
• обеспечение действия реверсивного аппарата.

К электронному блоку передается информация от множества датчиков. Поэтому его работа взаимосвязана с показателями оборотов двигателя, давления в шинах, ABS и т. д. Сбор информации фильтруется в аппарате, и он автоматически настраивается на нужное передаточное число.

Но вариаторы не могут самостоятельно производить задний ход авто, поэтому для этих целей предусмотрен планетарный редуктор. Принцип действия, которого схож с работой в автоматической коробке.

Водитель при управлении транспортом с CVT проделывает практически те же действия, что и при использовании АКПП. Но они немного упрощаются, он выбирает только режим, а остальное выполняет за него удобное устройство вариатора. Также оно позволяет повторить некоторые манипуляции, возможные в привычных КПП. Например, можно зафиксировать определенное передаточное соотношение. Некоторые водители не чувствуют разгона машины, и потому относят постоянную частоту оборотов коленвала к недостаткам аппарата, но к этому надо привыкнуть и со временем удобство бесступенчатой коробки станет очевидным.

Виды вариаторов

Существуют несколько разновидностей. Они отличаются между собой по своей конструкции.

Клиноременной механизм

Это самый распространенный агрегат. В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнем. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем ее заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.

Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.

Принцип действия

При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина. В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот. В промежутках между этими состояниями ремень становится прямым. Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счет этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.

Клиноцепной вариатор

Вместо ремня в такой конструкции используется цепь. Отсюда и название вида. Звено такого устройства представляет собой несколько пластинок, которые между собой объединяются цилиндрическими осями. Они обеспечивают наименьший радиус изгиба. Цепь изготовлена из высокопрочной стали, так как при работе постоянно находится в контакте с конусовидными дисками и претерпевает сильные нагрузки. Такая работа сопровождается высокими температурами, и чтобы их снизить в вариаторе предусмотрели охлаждение жидкости в принудительном порядке.

За счет использования цепи удалось уменьшить радиус изгиба, он может быть 25 мм, поэтому такой вид вариатора имеет больший диапазон передаточных чисел. Клиноцепной вид отличается от своих аналогов наибольшим КПД, но из-за этого имеет и самую высокую стоимость. Такой вариатор был впервые применен на моделях Audi.

Тороидный вид вариатора

Он не содержит ни цепи, ни ремня. Движение дисков, которые применяются вместо шкивов, происходит при помощи роликов, создающих крутящий момент между ними. Передаточное число меняется при смене положений роликов и изменением их радиусов, которые обкатывают диски. Их поворот осуществляется за счет определенных устройств. Они способны регулировать силу прижатия роликов к дискам. В каждом таком вариаторе автомобильные фирмы применяют свои устройства. Например, компания Ниссан в своем аппарате «X — Tronic» заложила гидравлический механизм, управляемый электроникой. Он перемещает ролики вверх и вниз на самые малые расстояния, а затем из-за сдвига они проворачиваются самостоятельно.

Такой вид вариатора применяется реже всех, но за ним будущее.

Достоинства и недостатки вариатора

Любое изобретение имеет какие-то недоработки, не стал исключением и CVT. Его слабые стороны пытаются устранить, а пока они существуют, стоит о них знать:

1. Такие коробки передач не устанавливают на мощные авто, хотя уже есть несколько экземпляров именно с ними.
2. Ремонт CVT требует больших материальных затрат, и к тому же его осуществляют не на всех СТО. Очень сложно найти специалиста, который бы хорошо разбирался в устройстве данного типа.
3. Работа вариатора зависит от показаний множества датчиков, и если вдруг выйдет из строя хотя бы один из них, то это может привести к неправильной работе всей системы трансмиссии.
4. Такой аппарат требует заполнения внутренней его части специальной жидкостью, которая отличается высокой стоимостью в сравнении с аналогами, предназначенными для АКПП. А также ее уровень необходимо постоянно контролировать.
5. Трансмиссия испытывает большие нагрузки.
6. С данной коробкой передач существуют определенные ограничения по буксировке автомобилей, а также при использовании прицепов.

Неисправности вариатора

Но машина с вариатором имеет множество существенных преимуществ:

1. Удобство поездки на автомобиле с бесступенчатой КПП.
2. Плавность движения машины – стремительный разгон и торможение не вызывает рывков, как при использовании других коробок передач.
3. Стабильность показателей при достаточно продолжительном движении.
4. За счет оптимальной нагрузки на двигатель и продуманности работы автомата происходит существенная экономия топлива.
5. Уровень вредных веществ, создаваемых отработанными газами ниже, чем в автомобилях с АКПП И МКПП.
6. Безопасность езды на обледенелых дорогах, так как вариатор исключает пробуксовку колес.
7. Электронное управление работой двигателя увеличивает срок его износа, предотвращает от частых ремонтов.
8. Авто с вариатором ездит намного тише, чем с обычными коробками.

Новинки вариаторов

С каждым годом все больше автопредприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их характеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Данный вид отличается своими серьезными характеристиками:

• имеет наибольшее передаточное число. Его диапазон увеличен на двадцать процентов от обычного вариатора, поэтому он способен быстрее набирать скорость и тормозить. Это число 7.3:1. Оно выше, чем на автоматической коробке передач с семью ступенями;
• масса нового изобретения уменьшена на 13%;
• оснащен ASC. Эта система подбирает наилучшее передаточное число во время движения, при разгоне и торможении.

Вариатор фирмы JATCO

Сейчас представители компании «Porsche» подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариатора. Они улучшают характеристики комфортности поездки, разгона и торможения. Увеличивают КПД и уменьшают расход топлива. Хотят сделать такой вариант бесступенчатой трансмиссии, при котором вариатор станет схож с 8-ми ступенчатой АКПП.

Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полностью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизированные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

Вариатор от А до Я

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

Вариатор – бесступенчатая трансмиссия

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

История вариатора

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

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

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

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

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

Что такое CVT

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

Виды вариаторов

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

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

Зачем нужна бесступенчатая передача

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

Устройство и принцип работы вариатора

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

Основные компоненты

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

Также основными компонентами CVT являются:

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

Клиноременный вариатор

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

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

Устройство ремня

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

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

Клиноцепной вариатор

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

Благодаря большей гибкости клиноцепной вариант CVT обладает высоким КПД.

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

Устройство цепи

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

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

Тороидальный вариатор

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

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

Вариатор в автомобилестроении

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

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

Плюсы и минусы вариаторной коробки

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

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

Из минусов бесступенчатой трансмиссии обращают на себя внимание:

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

Ресурс вариатора

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

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

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

Выводы

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

1. часть: 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).

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.

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.

Изменение эффективного диаметра

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.