Что такое вариатор на автомобиле, принцип работы?

КПП вариатор в машине — что значит?

Для некоторых водителей семантика некоторых терминов, в частности, «вариатор», остаются неисследованной. Поэтому задаются вопросом, что это такое за вариатор на автомобиле.

При выборе автомобиля, покупатель сталкивается с вопросом, какую автомашину приобрести. Выбор делается между роботизированной, гидротрансформаторной или остановится на вариаторной трансмиссии. Что ж, поможем разобраться с вариаторной коробкой.

Схожие, но есть различия

Это коробка передач. Официально определяется как Continuously Variable Transmission. Сокращенный вариант CVT, то есть трансмиссия бесступенчатая.

Устройство, не имеющее массу различных по диаметру шестерней, но способная в автоматическом режиме изменять скорость автомобиля в зависимости от мощности крутящегося момента коленчатого вала двигателя.

Такой принцип работы позаимствован из корабельной практики, когда гребной винт судна ускоряется или замедляется при помощи специального приспособления.

Вариатор КПП

В автомобиле основной отличительный принцип работы вариатора заключается в том, что переключение скоростей не происходит, как обычной в КПП, а по иному алгоритму. Во время ускорения или замедления автомобиля не наблюдается толчков, дерганий, а все происходит плавно. Автомашина набирает скорость ровно. Коэффициент полезного действия больший, чем других аналогах и достигается исключительно своему технологическому устройству.

Принцип работы

На практике крутящий момент передается от коленвала на ходовые колеса автомобиля по специальной программе. Она создает свои ступени перехода с одной скорости на другую, например, двигаясь по бездорожью, по горным серпантинам и так далее. То есть в моменты, когда автомашина нуждается не в повышении скорости, а тяговой силе, мощности. В этот момент вариатор передает усилия двигателя ходовой части значительно точнее, чем обычная с шестеренками.

Есть и применяются два типа вариаторов:

  • Первый назвали клиномерным. Используется почти на 95% автомашин.
  • Вариатор тороидный устанавливают не так часто из-за своего сложного технологического строения. В последнее время использование прекратилось.

Остался клиномерный тип. Оснащаются автомобили AUDI, NISSAN, INFINITY и другие модели.

Тороидный и клиномерный вариатор

Плавное переключение скоростей происходит незаметно, благодаря вариатору. Упрощено работу можно представить следующим способом на примере двух швейных шпуль, соединенным ременной передачей. Крутящийся момент от коленвала двигателя получает первая шпуля. На вторую нужной силы крутящийся момент передается при помощи специального ремня.

Смена передаваемого числа оборотов происходит за счет изменения диаметров шкивов. Последние разборные, а не цельнолитые. Разборные элементы имеют коническую форму. Точнее, из двух таких частей. Представим, швейную шпулю разрежем пополам. Получим два конуса. Что-то подобное и с вариаторной кпп. В результате получаем такой результат. В зависимости от скорости вращения коленчатого вала, происходит увеличение или уменьшение диаметра второй конической части. Коробка тихо переходит с одного режима вращения на другой режим.

Таков основной принцип работы вариатора. Конечно, показывать на шпулях работу кпп покажется примитивным примером, но является прикладным доказательством, как в узле происходит изменение вращений конических шкивов.

Тороидный вариатор

Устройство тороидного кпп в конструктивном плане иное. Имеет более технологичный принцип работы. Главную роль играют ролики необычной геометрической конфигурации. Ролики зажимаются между валами. Располагаются строго по оси. Для изменения передаточного числа необходима смена положения роликов.

Работа вариатора при трогании с места

На этом примере покажем, что происходит с вариаторной КПП при начале движения автомобиля с места стоянки.

Трогание с места с коробкой вариатор

Понятно, чтобы сдвинуть с места автомашину, необходимо максимальное усилие. Уменьшение силовой нагрузки на силовой агрегат происходит по следующей схеме. Автоматически устанавливается минимальный диаметр ведущего шкива, то есть конусы отходят от первоначального положения. Шкив ведомый, наоборот должен быть в полном объеме, конусы сходятся.

Получается, чтобы машина сдвинулась с места, ведущий шкив должен сделать несколько оборотов, а ведомый провернулся один раз. В результате усилия двигателя небольшие. Теперь разобрались, как работает вариатор.

Вариатор при наборе скорости

Тронувшейся с места машине, следует набрать крейсерскую скорость, то есть снизить при помощи КПП тягу, одновременно повысить обороты карданного вала. И здесь получается все наоборот. Ведущий шкив увеличивается в диаметре за счет схождения конусов, а ведомый уменьшается.

При разгоне максимальный диаметр ведущего вала производит один оборот, то, сочлененный ременной передачей вал, осуществляет на порядок больше оборотов. Происходящая манипуляция увеличивает нагрузку на силовую установку.

Вариатор его эксплуатация

Установка клиноременного вариатора в отведенный автомобильный отсек на силовой агрегат производится в поперечном или продольном положении. Используется сцепление для того, чтобы без рывков, в щадящем режиме производить манипуляции переключения скоростей автомобиля.

Устройство вариатора КПП

Скажем, конструктивно вариатор представляет сложную технологическую систему, требующую для продуктивного и длительного использования, осуществлять правильный технический уход. Первое, чем не стоит пренебрегать, это следить, чтобы рабочая температура вариатора, не выходила за границы, рекомендованных производителем, значений.

Подробнее об устройстве

Сейчас, более техническим языком об устройстве вариатора. Имеет два вала, имеющие изменяемые конусы, при помощи которых осуществляют передачу крутящего момента от мотора на приводной механизм колес. Как работают конусы, рассказано выше. Изготавливаются из очень прочных сталей, поскольку работают в среде больших силовых нагрузок. Значит, должны «стойко» перенести любые перегрузки, возникающие во время движения автомобиля по разным дорогам.

Вариаторная коробка имеет ремень и цепь. Ими соединяют валы. Ремень только в переносном смысле можно сравнить с предметом, которым отцы наказывают своих непослушных сыновей за мелкие проступки. В реалии коробка снабжена сложной технологической деталью, сформированной из фасонных частей, схожими с насекомыми бабочками. Они и придают детали форму клина.

Как работает ремень?

Ремень вариатора КПП

Ремень максимально использует силу трения, возникающими межу боковыми выступами с аналогичными клиньями рабочих шкивов. Так сказать, тесное взаимодействие осуществляет передачу крутящего момента на ведущие колеса автомобиля.

На многих моделях коробка, вместо ремней, содержит цепной переключатель скоростей. Благодаря этой замене, продлевается эксплуатационный ресурс. Такой передаточный механизм установлен на AUDI. Цепь содержит в своей технической структуре мелкие звенья, чем создается возможность огибать небольшие радиусы.

Рабочей работающей поверхностью является не боковая сторона, а торцовая. Следует отметить, что ремень и цепь выдерживают колоссальные силовые нагрузки, но уязвимы, если находятся в среде повышенных температур. Они быстро подлежат деформации, что означает замену агрегата или установки новой детали.

Какое требуется масло?

Любые трущиеся узлы, детали быстро изнашиваются, если не применять рекомендованные смазочные средства. В автомобильные отделы трансмиссии, заливают масло, используемое для смягчения трения и для выполнения других функциональных задач.

Для автоматов, в частности, вариаторов масло используется, чтобы давлением смазочной жидкостью производить манипуляции с конусами. Заливают ATF масло. Создает давление специальный масленый насос.

Гидравлический блок

Автомобильный гидравлический блок выполняет сложную функцию по распределению масляных потоков в нужные технологические каналы. Непосредственно в вариаторе выступает регулировщиком подачи смазочной жидкости в конусы то одного, то второго вала.

Схема вариатора КПП

При пробуксовках, других шероховатостей в работе, можно «сваливать» вину на некачественную работу вариатора. И не ошибетесь.

Охладительный экран

Охлаждающий элемент, а попросту радиатор, обязателен для вариатора. Он невероятно быстро перегревается на тяжелой дороге, вызывающей пробуксовки, при иных перегрузках. Если вовремя не «остудить» смазывающие масла, то это эта часть трансмиссии выйдет из строя.

Водители, заинтересованные в длительной безремонтной работе вариатора, устанавливают дополнительные охлаждающие экраны, работающие в принудительном порядке. Рекомендуется это проделывать на таких автомобилях, как Mitsubishi Outlander. Допрадиатор убирает лишнюю температуру масла.

Вариатор и его управление

Электронный блок работает в тандеме с ЭБУ, получая с последнего исходную информацию о вариаторе. Отдает команды шкивам занять то или иное объемное положение, согласно полученным данным о нагрузке и скорости автомобиля.

Блок выступает в роли контролера-защитника. Поступающие сигналы обозначают, что электроника сортирует поступающие сигналы, необходимые для нормальной работы важного участка трансмиссии.

Интересное о вариаторе

Изначально вариатор не предусматривал заднего хода автомобиля. Представьте себе, что такое вариатор без заднего хода на автомобиле. Это какой-то прикол. Конечно, мириться с таким положением не хотели. И конструкторы интегрировали в «планетарку» дополнительное устройство, что сильно повлияло на конструктивную сложность вариатора.

Видео: Эксперт — плюсы и минусы вариатора

ProVariator.RU

Чем вариатор отличается от автомата, что из них лучше

Двигатели внутреннего сгорания выдают максимальные показатели по крутящему моменту и мощности в довольно узких диапазонах по частоте вращения коленчатого вала. Передача и преобразование усилия происходит через механизмы трансмиссии, состоящей из сцепления, коробки переключения передач или вариатора и редуктора.

Изменения крутящего момента в этой цепочке происходит во втором звене и от его устройства во многом зависят динамические характеристики автомобиля.

Большая часть серийных автомобилей выпускается с механическими или автоматическими коробками передач. Вариаторы получили меньшее распространение, вместе с тем их доля постепенно увеличивается.

Каждое из названных устройств имеет свои сильные и слабые стороны, происходит постоянное совершенствование конструкций, увеличивается надежность, они становятся технологичнее.

Два принципиально разных устройства: вариатор или автомат, что лучше? Для ответа на этот вопрос следует изучить оба механизма их конструкции и особенности.

Сравнение автоматической КПП с вариатором наиболее корректно ввиду того, что управление обоими осуществляется электронными процессорами и практически без участия человека. Водитель фактически только задает режим, а далее все происходит без его вмешательства.

История вариаторной коробки передач CVT

Само название вариатор произошло от латинского слова, означающего в переводе «изменитель». В среде специалистов этот механизм принято называть аббревиатурой CVT, что расшифровывается в английском языке как continuously variable transmission или по-русски «постоянно изменяющаяся трансмиссия». Другие наименования данного механизма: вариаторная коробка, АКПП вариатор или клиноременный вариатор.

Обозначений много, пусть и не все точные, но устройство и принцип действия конструкции при этом не меняется.

По сути, название клиноременный вариатор относится только к одному из видов, который впервые был применен на транспорте. Уже в 1910 году мотоцикл марки Zenith с трансмиссией Gradua-Gear такой конструкции участвовал в гонках и показал хорошие результаты.

После этого участие машин с вариаторами в соревнованиях было запрещено ввиду явного превосходства последних над традиционными коробками передач.

История данного типа трансмиссии в автомобилестроении начинается в 1928 году, когда британская Clyno Engineering Company впервые применила эту схему.

Следующей был голландский автопроизводитель, выпустивший легковую машину DAF 600, оснащенную клиноременным вариатором собственной конструкции Variomatic. Именно эта модель и является первой серийной моделью с данным типом трансмиссии.

В последующем вариатор клиноременного типа стал доминирующей, но отнюдь не единственной применяемой в автомобилестроении схемой. Ведущие мировые производители разработали собственные конструкции:

  • Fiat устанавливали на свои машины Transmatic;
  • Mercedes-Benz – Autotronic;
  • Subaru – Lineartronic;
  • Honda- Multimatic;
  • Audi – Multitronic.

Компания Ford пошла еще дальше и запустила в производство два вариатора: Ecotronic и Durashift CVT, ее примеру последовали и японская Nissan с Xtronic и Hyper.

Перечень можно продолжать и дальше. О больших возможностях такой трансмиссии говорит и запрет на ее использование в гонках болидов Формула-1 просуществовавший вплоть до 1994 года.

Что такое вариатор на машине и как он работает

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в назначении и устройстве этого механизма.

Вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент в заданном диапазоне регулирования, в этом состоит его главное отличие от коробки передач. КПП предполагает ступенчатые преобразования, которые происходят при разрыве потока мощности, что отрицательно сказывается на равномерности.

Видео поясняет что такое вариатор и как он работает:

Вариаторная коробка передач имеет довольно сложное устройство и состоит из следующих частей:

  • Механизм, выполняющий функции сцепления, обеспечивающий трансмиссии состояние аналогичное нейтральной передаче КПП.
  • Вариатор.
  • Устройство для реверса, изменяющее направления вращения на противоположное.
  • Процессор с исполнительным механизмом, управляющий работой вариатора.

В качестве устройства, передающего крутящий момент с силового агрегата на вариатор и разъединяющего поток мощности, используются такие виды автоматического сцепления:

  • центробежное — типа Transmatic;
  • электромагнитное — технология Hyper;
  • мокрое многодисковое — модели Multitronic и Multimatic;
  • гидротрансформаторы.

Последнее устройство наиболее популярное и используется подавляющим числом автопроизводителей. Данное устройство обеспечивает максимально плавную без рывков передачу усилия от двигателя, что способствует увеличению ресурса вариатора.

Управление работой всего комплекса механизмом осуществляется электронным блоком, в функции которого входит:

  • Изменение соотношения между ведущим и ведомым валом вариатора в зависимости от режима работы силового агрегата.
  • Управление механизмом сцепления.
  • Обеспечение работы реверсного устройства и планетарного редуктора.

Действия водителя по управлению вариатором мало отличаются от аналогичных манипуляций с автоматической коробкой переключения передач. Он только выбирает режим — все остальное происходит без его участия.

Существует также возможность фиксации передаточного соотношения в вариаторе, что позволяет реализовать некоторые возможности, присущие традиционным коробкам передач. В силу сложившихся стереотипов большинство водителей не всегда способны правильно воспринимать разгон машины при постоянной частоте оборотов коленвала.

Виды и принцип работы вариатора

В автомобильной промышленности применяются два варианта механизмов, различающиеся по устройству. Речь идет о клиноременном и тороидном вариаторах, которые имеют разные конструкции.

Тороидный вариатор не имеет в своем составе ремня, промежуточными элементами являются ролики. Такая конструктивная схема используется реже, но в ней заложен большой потенциал.

Клиноременный

Этот вариант механизма получил наибольшее распространение у компаний, производящих автомобили.

Клиноременный вариатор состоит из одной (реже двух) передач. На двух валах: ведущем и ведомом установлены шкивы, через которые перекинуто кольцо клиновидного ремня. На первых порах при его изготовлении использовалась армированная резина, затем ей на смену пришли стальные конструкции.

Ведомый и ведущий шкивы состоят из двух частей: конусов, стенки которых имеют наклон около 70 градусов к оси вала. Взаимное перемещение шкивов обеспечивает изменение радиусов и, как следствие, передаточного отношения вариатора.

Видео ролик, поясняющий процесс перемещения шкивов CVT:

Для создания управляющего усилия, направленного на смещение конусов друг к другу используются пружины, давление жидкости или центробежная сила.

Принцип работы клиноременного вариатора обеспечивает непрерывность передачи потока мощности и позволяет создать оптимальные условия для работы двигателя. Так, при наборе скорости или, напротив, сбросе силовой агрегат автомобиля получает возможность работать при постоянных оборотах. Тем самым достигается заметная экономия топлива, снижается его износ и как следствие увеличивается ресурс.

Наиболее уязвимой частью такого вариатора является клиноременная передача, узел подвергается значительным нагрузкам. В настоящее время используются стальные конструкции, состоящие из пакета лент, между собой они соединяются пластинами сложной формы.

Передача усилия в таком случае происходит по всей площади контакта боковой поверхности ремня со шкивом за счет возникающего трения.

Устройство ремня вариатора

В другом варианте применяется стальная цепь, а вариатор по аналогии получил наименование клиноцепного. Каждое звено данной конструкции в своем составе имеет несколько пластинок, объединенных цилиндрическими втулками-осями, обеспечивающими минимальный радиус изгиба.

Передача усилия происходит за счет контакта боковой части цепи с рабочими поверхностями конусовидных дисков.

С другой стороны его цена выше, нежели у клиноременного механизма из-за применения более дорогостоящих материалов.

Автомобильные вариаторы в силу особенностей своей конструкции не могут обеспечить вращения в обратном направлении и соответственно заднего хода. Для решения данной задачи трансмиссия снабжается дополнительным механизмом, в большинстве случаев – это шестеренчатый редуктор планетарного типа. По принципу действия он совпадает с аналогичным устройством АКПП.

Тороидный

Такой механизм получил меньшее распространение, в основном его разработкой занимается японская компания Nissan. Оригинальный агрегат получил наименование Extroid и устанавливается он на ряде моделей автомобилей.

В устройстве тороидного вариатора имеются два соосных диска: ведущий и ведомый. В сечении они имеют форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого являются частью окружности.

Устройство тороидного вариатора

Между рабочими дисками находятся два ролика плотно прижатых к ним своими боковыми поверхностями. Указанные элементы подвижны и могут изменять свое положение, синхронно раскачиваясь вокруг осей перпендикулярных к основному валу.

Передача усилия происходит через ролики за счет возникающей в зоне контакта силы трения. Изменение соотношения радиусов приводит к увеличению или уменьшению частоты вращения ведомого вала.

Компания Nissan спроектировала сдвоенную коробку, способную передавать усилие до 300 Нм. Это рекордный показатель для трансмиссий этого типа.

Вариатор с 1999 года устанавливается на ряд мощных заднеприводных моделей, выпускаемых для внутреннего рынка. Агрегат совмещен с планетарным понижающим редуктором, при больших скоростях передача крутящего момента происходит напрямую. В переднеприводных моделях коробка совмещается с дифференциалом и главной передачей.

Как пользоваться вариатором

Управление автомобилем, оснащенным данным видом трансмиссии, не представляет особой сложности. Последовательность действий водителя такая же, как и на автомобилях с автоматическими коробками переключения передач.

Вариатор управляется рычагом селектора, который имеет несколько основных положений. Они обозначены буквами латинского алфавита:

  • N – нейтраль ;
  • Р (parking) – парковка;
  • D (drive) – движение вперед;
  • R (reverse) — задний ход.

В некоторых продвинутых агрегатах имеется также и фиксированный режим, при котором передаточное соотношение остается неизменным. Он используется некоторыми водителями при разгоне из-за особенностей устойчивого стереотипа.

Вопрос «как пользоваться вариатором?» часто задается автолюбителями, впервые столкнувшимися с таким устройством. На деле все достаточно просто:

  • Водитель запускает двигатель и выжимает педаль тормоза.
  • На ручке селектора имеется кнопка блокиратора, которую необходимо утопить, и перевести рычаг в положение D.
  • Плавно отпускаем педаль тормоза и нажимаем акселератор.
  • Машина начинает движение и постепенно ускоряется, при этом обороты двигателя остаются неизменными.

В процессе движения водитель действует только педалями газа, ускоряя движение и тормоза, замедляя его. Никаких других манипуляций с вариатором в ходе поездки производить не нужно.

При кратковременных остановках достаточно просто выжать педаль тормоза. При более длительной стоянке с заведенным двигателем селектор переводится в положение паркинг.

Управление такой трансмиссией значительно проще, нежели механической коробкой передач.

Все изменения передаточного соотношения в вариаторе происходят автоматически под управлением электронного блока. Получить наглядный урок того, как пользоваться вариатором поможет видео ролик, приведенный в конце статьи.

Как показывает практика, быстрее осваиваются с вариатором водители, имеющие опыт управления автомобилями с АКПП и, как это ни странно, новички. Тем, кто ездил исключительно на машинах с механическими коробками, требуется некоторое время, чтобы отучиться от прежних привычек переключения передач.

Плюсы и минусы

Несмотря на сложность конструкции и дороговизну, данный тип трансмиссии получает все большее распространение. Как и любое другое устройство, вариатор имеет определенные плюсы и некоторые минусы.

Для более точной оценки механизма следует определиться с критериями, а лучше проанализировать достоинства и недостатки в сравнении с другими наиболее близкими по функциям механизмами.

Основные плюсы вариатора:

  • Непрерывность потока мощности, передаваемого от двигателя на ведущие колеса.
  • Плавное без толчков и рывков изменение передаточного соотношения.
  • Возможность обеспечения оптимального режима работы двигателя.
  • Низкий уровень шума от работающего механизма, слегка изменяющееся характерное жужжание.
  • Уменьшение расхода топлива.
  • Максимальная оптимизация нагрузок на силовой агрегат и другие элементы привода.

С другой стороны, вышеперечисленные достоинства достигаются за счет высокой сложности механизма и наличия целого ряда устройств, обеспечивающих его работу.

Это влечет за собой удорожание конструкции и увеличение эксплуатационных расходов. В вариаторы заливаются специальные трансмиссионные технические жидкости, которые обеспечивают охлаждение деталей и удаление продуктов износа из рабочей зоны.

Что лучше: вариатор или автомат?

При выборе автомобиля оцениваются его технические и эксплуатационные характеристики. Наиболее близкими по своим возможностям являются вариаторы и автоматические коробки переключения передач.

Сравнивая эти типы трансмиссий, специалисты обращают внимание на целый ряд особенностей каждого из названных механизмов.

Выбирая между коробкой автоматом или вариатором, учитываются их плюсы и минусы.

АКПП – более распространенный вид трансмиссии с отлаженным сервисом и достаточно высокими параметрами.

Видео — сравнение разных видов трансмиссий:

Вариатор обеспечивает максимально благоприятные условия для работы двигателя и отличную динамику при разгоне. Не происходит переключения передач и разрыва потока мощности.

Общее потребление топлива при этом на 10 -15 % ниже, нежели у автомобиля равного по мощности с автоматической коробкой. В условиях постоянного роста цен на топливо, это обстоятельство становится достаточно весомым аргументом в пользу CVT.

Платой за это является высокая сложность агрегата и, как следствие, большие затраты на его техническое обслуживания. В нашей стране сервис для такого рода трансмиссий практически отсутствует, а цены на запасные части довольно высокие.

Отдельный разговор об эксплуатационных жидкостях, в агрегат заправляется от 8 до 10 литров специального и довольно дорогостоящего масла.

Выбирая между автомобилем с вариатором или автоматом, следует учитывать достоинства и особенности той и другой трансмиссии.

CVT имеет лучшие технические характеристики, нежели АКПП, а с другой стороны, регламентное обслуживание и ремонт его обходятся достаточно дорого. Вариатор имеет значительный потенциал для дальнейшего развития с учетом внедрения новых перспективных технологий.

Если заметили, что пинается АКПП, причины могут быть разные. Желательно выполнить диагностику.

Как расшифровать VIN код можно прочитать здесь. Расшифровка дает много информации об автомобиле.

Что делать, если запотевают фары — Источник Источник Источник http://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/voditelyam-novichkam/zapotevayut-fary-chto-delat.html

Видео о различных видах трансмиссий (МКПП, АКПП, робот, вариатор), их плюсах и минусах:

Как устроен и работает бесступенчатый вариатор

В последние годы все больше автомобилей комплектуется вариаторными КПП. Эти агрегаты являются более дешевой альтернативой традиционных коробок передач гидромеханического типа (автоматических).

Что такое вариатор

Может показаться удивительным, но история появления вариаторов насчитывает уже порядка 150 лет. Они были популярны в механизмах приводов швейных машин и использовались в промышленном оборудовании еще в ХIX веке. В дальнейшем вариаторы стали устанавливаться на мототехнику, а вот, что касается автомобильного транспорта, то здесь вариаторные коробки передач долгое время не приживались ввиду их невысокого ресурса, а также сложности управления при передаче значительного крутящего момента. Во второй половине ХХ века внедрением вариатора определенное время занимались специалисты компаний DAF и Volvo, однако решить проблему малого ресурса долгое время не удавалось. И только лишь после того, как усовершенствованием данного типа КПП вплотную занялись инженеры нескольких японских автопроизводителей, вариатор стал набирать популярность и массово устанавливаться на серийных автомобилях.

С технической точки зрения вариаторная коробка передач представляет собой трансмиссию бесступенчатого типа. Другое ее название – CVT (от англ. Continuously Variable Transmission). Благодаря особой конструкции и использованию внешнего управления переключение передач в вариаторе осуществляется плавно, с бесступенчатым изменением передаточного числа. Выбор оптимального передаточного соотношения происходит автоматически, посредством сопоставления внешней нагрузки с оборотами силового агрегата. Принцип функционирования вариатора позволяет задействовать мощность мотора машины с максимальной эффективностью.

Основные виды вариаторов и принцип их работы

Сегодня каждый автопроизводитель располагает собственными наработками в области инженерии трансмиссий, в том числе, вариаторов. Тем не менее, все существующие на сегодняшний день коробки передач CVT принято разделять на два типа: клиноременный и тороидальный.

Клиноременный вариатор состоит из двух шкивов и ремня с трапецеидальным сечением. Каждый из шкивов представляет собой два конических диска, благодаря которым появляется возможность менять диаметр и передаточное число исходя из скорости вращения мотора. Ряд производителей нередко вместо традиционного ремня применяют цепь, а некоторые компании изготавливают ремень из особых металлических пластин. Впрочем, на принцип работы вариатора с точки зрения способа передачи тяги эти особенности влияния не оказывают.

За работу дисков каждого шкива отвечает электронная система, состоящая из датчиков с сервоприводами и центрального блока управления. Общий принцип работы системы следующий. Обладая клиновидной формой, ремень вступает в контакт с каждым из шкивов только лишь боковыми поверхностями. Изнашиваясь со временем, ремень словно «впивается» в шкив, сохраняя тем самым необходимый уровень сцепления. Вращение коленчатого вала передается ведущему шкиву. Его конструкция такова, что в случае увеличения оборотов двигателя «щеки» дисков постепенно сжимаются, тем самым выталкивая ремень от центра к ободу. Одновременно с этим, «щеки» дисков ведомого шкива разжимаются, что утапливает ремень к центру. Таким образом, происходит изменение радиусов вращения, а, значит, и передаточных отношений в бесступенчатом режиме. По сути, при такой схеме можно получить сколь угодно много передаточных чисел, а не только какие-то фиксированные значения. С ростом оборотов мотора происходит постепенное сжимание ведущего шкива с одновременным разжиманием ведомого, что гарантирует сохранение натяжения ремня. Если водитель сбрасывает обороты мотора, отпуская педаль «газа», внутри вариатора происходит противоположный процесс.

Несколько иной принцип работы у коробки-вариатора тороидального типа. Она располагает парой колес со сферической рабочей поверхностью. Между этими колесами зажимается ролик. Как и шкивы ременного вариатора, колеса тороидального CVT разделяют на ведущее и ведомое. Передаточное число меняется в данном случае посредством силы трения, которая возникает между поверхностями колес и ролика.

Когда ролик меняет свое положение относительно поперечной плоскости, происходит изменение передаточного числа в ту или иную сторону. При горизонтальном положении ролика ведомое колесо будет вращаться со скоростью, равной скорости вращения ведущего колеса. Но стоит ролику повернуться, происходит немедленное изменение скорости вращения ведомого колеса относительно ведущего. Поскольку в пятне контакта ролика и поверхности колеса возникает довольно серьезное усилие, разработчики вариатора предусмотрели использование специальных устройств, способствующих преодолению притяжения ролика к поверхности колеса. К примеру, тороидальная система Extroid, применяемая на многих моделях автомобилей Nissan, оснащается специальным устройством, работающим под управлением электроники. Благодаря такому устройству прецизионный гидромеханизм меняет расположение узла с роликами на микроскопическую величину в вертикальной плоскости. Сдвиг, производимый относительно оси колес, провоцирует самостоятельный поворот ролика.

Плюсы и минусы коробки-вариатора

Ввиду нескольких очевидных преимуществ вариатора многие специалисты считают этот тип коробок передач более перспективным и удобным по сравнению с традиционными агрегатами гидромеханического типа. Однако окончательный ответ на вопрос, что лучше: вариатор или автомат, дать вряд ли получится. Это сравнение будет уместно только в случае сопоставления конкретных моделей трансмиссий определенных производителей. Тем не менее, какие-то общие моменты выделить можно.

Преимущества вариаторной коробки передач (CVT):

  • автомобиль, оборудованный коробкой-вариатором гораздо плавнее в движении. Даже неопытный водитель будет чувствовать себя за рулем более уверенно, поскольку вариатор исключает рывки и дергания автомобиля. При разгоне машины, оборудованной данным типом трансмиссии, звук ее мотора напоминает ускорение электромобиля или работу электростеклоподъемников, а рост скорости сопровождается лишь небольшим повышением шума;
  • благодаря конструктивныи особенностям вариатора оснащенный им автомобиль будет ощутимо резвее машины с аналогичным по мощности двигателем, но оборудованной традиционной коробкой-автоматом. Дело в том, что ступенчатый алгоритм переключения передач, даже в автоматическом режиме, потребует больше времени для смены передач;
  • машина с вариатором не сможет скатиться под уклон и не заглохнет неожиданно на перекрестке. В любом случае автомобиль с вариатором начнет движение в соответствующем направлении;
  • плавное увеличение скорости и постепенное торможение положительно сказываются на показателе топливной экономичности и экологичности силового агрегата;
  • электронная система, управляющая работой вариатора, обеспечивает щадящий режим работы двигателя, что в свою очередь благоприятно значительно уменьшает интенсивность износа основных деталей мотора.

Однако, невзирая на неоспоримые преимущества, в ближайшее время вариаторные коробки передач вряд ли смогут полностью вытеснить гидромеханические «автоматы» ввиду наличия следующих недостатков:

  • несмотря на надежность конструкции современных вариаторов, эти коробки по-прежнему не могут устанавливаться на машинах, оснащаемых моторами с максимальной мощностью более 200 лошадиных сил. Таким образом, большинству современных внедорожников и больших седанов данный вид трансмиссии «противопоказан». Это объясняется наличием у вариатора «слабых мест», каковыми являются ремень в клиноременном агрегате и ролик с колесами в тороидальных механизмах;
  • трансмиссионная жидкость, заливаемая в коробку-вариатор, гораздо дороже аналогичного продукта, используемого для автоматических коробок передач. Кроме того, жидкость, предназначенную для определенной модели автомобиля, нельзя заменить аналогом;
  • применение большого количества датчиков делает автомобиль чувствительным к внезапным перебоям в бортовой электронике. Исчезновение контакта или выход из строя какого-либо элемента нередко заканчиваются аварийной остановкой машины;
  • неразвитость сети сервисного обслуживания коробок-вариаторов обусловила высокую стоимость их ремонта. Отсутствие квалифицированных кадров, а также дороговизна и редкость запчастей являются явным сдерживающим фактором.

Взвешивая все плюсы и минусы вариатора, стоит отметить, что данный тип трансмиссии является на сегодня самым передовым. Сравнительная простота конструкции, плавность хода автомобиля и лучшая динамика разгона при невысоком топливном расходе делают коробку передач CVT очень перспективным агрегатом. В то же время ряд конструктивных особенностей вкупе с ограниченным сроком службы отдельных узлов не позволяют вариатору стать безоговорочным лидером.

Вариативная или бесступенчатая автоматическая коробка передач, еще недавно считавшаяся диковинкой, все чаще предлагается в современных модификациях моделей. Так, установка вариатора часто присутствует в новых автомобилях Ауди, Ниссан, Тойота, Хонда, Митсубиси и других ведущих автомобильных марок мира. Давайте рассмотрим, чем же хорош вариатор, каков принцип работы данного вида АКПП и каковы плюсы и минусы в сравнении с классическим автоматом.

Даже не будучи владельцем авто с вариативной коробкой, многие просматривая автомобильные издания или таблицы, в которых собраны технические характеристики, наверняка встречали слово вариатор. К автоматическим коробкам переключения передач все уже привыкли, а к механическим тем более. Вариатор же оказывается на слуху у большинства обывателей реже. Хотя он не является какой-то новой разработкой современных автокомпаний, а изобретен был еще несколько веков назад.

Самый первый вариатор придумал не кто иной, как Леонардо да Винчи в 1490 году, а патент на данный агрегат был выдан во второй половине ХIХ века. Стоит заметить, что способный ездить автомобиль с такой трансмиссией впервые появился только через пятьсот лет после ее изобретения – в 50-х годах ХХ века. Вариатор устанавливали на легковые машины марки DAF (тогда этот производитель еще занимался выпуском легковушек наряду с грузовиками). Впоследствии чем-то подобным оснащали и некоторые модели автомобилей Volvo, но широкого распространения такой вид АКПП не получил, в отличие от настоящего времени.

Устройство вариатора

Вариатор, или по-английски continuously variable transmission (CVT), внешне представляет собой ту же автоматическую коробку передач. С виду невозможно определить, что в машине установлен именно он, ведь рычаг его ничем не отличается от рычага обычной классической АКПП, даже режимы трансмиссии те же: P, R, N, D. Однако принцип работы вариатора совершенно другой, в нем нет привычного, фиксированного количества передач, таких как 1-я, 2-я и так далее. Передач в вариаторе огромное множество, они постоянно варьируются, отсюда и название самого устройства. Именно поэтому нет никаких толчков ни при трогании автомобиля с места, ни при переходах с одних оборотов на другие. Вариатор в процессе езды машины, по мере ее разгона и замедления, плавно и аккуратно меняет передаточное число.

Принцип работы вариатора

Среди вариаторов есть много типов, в зависимости от устройства. Это и цепные, клиноременные и тороидальные, но встречаются и другие виды привода. Самый распространенный среди них тип вариатора — клиноременный со шкивами переменного диаметра, о котором и пойдет речь далее.

Чтобы было немного понятнее, как устроен такой вариатор, можно представить себе две одинаковые трубки, расположенные параллельно и недалеко друг от друга. Если стянуть их резинкой и начать крутить одну из них, то сразу будет раскручиваться и другая, причем скорость их будет одинаковая. Однако если трубки будут разного диаметра, то соотношение скоростей будет совсем другое – более широкая трубка будет крутиться медленнее.

Принцип работы вариатора такой же, только диаметр таких вот цилиндров у него постоянно изменяется. Он состоит из двух шкивов, каждый из которых представляет собой пару конусов, расположенных вершинами друг к другу. Между этими шкивами зажат специальный клиновый ремень. Каждая пара конусов, двигаясь в направлении друг к другу и обратно, изменяет рабочий диаметр шкивов. Когда конусы будут раздвигаться, ремень, обращенный к ним ребрами, будет проваливаться в середину шкива и огибать его по меньшему радиусу. При движении конусов друг к другу радиус получится, наоборот, больший. Управляет шкивами обычно гидравлическая система, которая строго синхронизирует сближение конусов одного шкива и расхождение конусов другого. Один из шкивов расположен на ведущем валу, идущем от двигателя, а второй – на ведомом, идущем к колесам. Благодаря этому возможно наладить изменение передаточного отношения в очень широком диапазоне.

Ремень вариатора

Особого внимания требует вопрос о том, какой же ремень используется в вариаторе. Потому что обычный текстильный прорезиненный ремень, используемый для привода генератора или кондиционера и прочем подобном оборудовании, здесь не подойдет, так как его ресурс будет очень маленьким — он скоро износится. Клиноременные вариаторы имеют ремни с весьма сложным строением. В качестве ремня может быть использована лента из стали со специальным покрытием либо совокупность стальных лент (тросов) со сложным сечением, с нанизанным на них множеством тонких стальных пластинок в форме трапеции. Края этих пластинок соприкасаются со шкивами. Стоит отметить, что именно такое устройство позволяет ремню иметь толкающие свойства, способность передавать мощность не только той своей частью, которая бежит к ведущему валу, но и обратной. В этой ситуации обычный ремень просто бы сложился, попытавшись передать сжимающее усилие, а стальной, наоборот, становится более жестким.

Смазка цепи осуществляется особой жидкостью, которая способна изменять свое фазовое состояние при сильном давлении на нее в месте, где она соприкасается со шкивом. Поэтому цепь способна передавать довольно большое усилие, почти не проскальзывая, хоть площадь контакта совсем небольшая.

Чем хорош вариатор

В зависимости от того, какая программа выбрана, вариатор будет самостоятельно менять при разгоне передаточное число. При езде на автомобиле с обычной коробкой осуществляется постепенное переключение передач и увеличение оборотов двигателя. А автомобиль с вариатором набирает скорость на неизменных оборотах, соответствующих максимальной величине крутящего момента. Изменяется при этом передаточное отношение. Тем, кто пересядет с машины, работающей с привычной коробкой передач, на авто с вариатором, будет наверняка некомфортно набирать разгон. Ведь, после нажатия водителем педели газа двигатель выходит сразу на высокие обороты, и в течение всего набора скорости продолжает оставаться на них, при этом двигатель работает на высоких оборотах, издавая довольно ощутимый рев. Зато темп разгона у таких автомобилей выше, чем у машин с традиционной АКПП, и это можно отнести в плюсы вариатора. Иногда настройки вариатора делают такими, что разгон с его помощью по ощущениям напоминает разгон с ростом оборотов двигателя. Конечно, когда автомобиль двигается в гору или замедляется, вариатор не останется на высокой передаче, даже если нажимать педаль газа. Его шкивы просто передвинутся назад для повышения выходного крутящего момента.

Минусы вариатора

Несмотря на такое большое количество достоинств, вариатор не лишен и недостатков. Одна из проблем – неспособность работать с более современными мощными двигателями, поэтому вариаторы и начали распространяться преимущественно в автомобилях компактного и среднего класса. Однако нельзя не отметить, что создаются и такие вариаторы, которые способны на большее. Например, клиноременный вариатор с цепью Multitronic успешно работает на Audi A4 2.0 TFSI, мощность двигателя которого составляет 200 лс. А внедорожник Nissan Murano с двигателем V6 на 3,5 литра, развивающим 234 лс, оснащается клиноременным вариатором X-Tronic. Это чуть ли не самая крупная и тяжеловесная модель, на которую устанавливается вариатор. И при современном развитии технологий это, скорее всего, еще не предел. Еще одним недостатком вариаторов является их дорогостоящее обслуживание и ремонт, а также потребность в специальной трансмиссионной жидкости, которая тоже обходится недешево. Для работающего на ремне вариатора замена ремня требуется каждые 100-150 тысяч км пробега. Замена масла на вариаторе может производиться чуть реже, чем в коробках-автомат (раз в 40-50 тысяч км), но и стоит оно гораздо дороже. Несмотря на указанные минусы, вариаторы все-таки приобретают все большую популярность, причем стоимость их ниже, чем хороших автоматических коробок.

Стоит также отметить, что в последние годы идет тенденция к увеличению количества передач в коробках-автомат. Новейшие модели автоматических трансмиссий для легковых автомобилей насчитывают уже 8 и даже 9 ступеней. Такие меры принимаются как раз для достижения максимально возможной топливной выгоды и динамики разгона. Не исключено, что в ближайшем будущем начнут появляться АКПП с десятью, а то и с двенадцатью ступенями. Но все же вариаторы уже давно занимают то место в автомобильном мире, куда обычным автоматическим коробкам передач с их планетарными передачами-переключателями не добраться никогда. Потому что количество передач, имеющихся у вариатора, сосчитать просто невозможно.

История вариатора насчитывает уже более ста лет. Запатентована эта разработка была в 19-м веке. Но прижилась в автомобилях не сразу, лишь спустя полвека появились первые машины, на которых был установлен вариаторный механизм. Первыми автомобилями с коробкой передач такого типа стали голландские DAF. Но пик использования пришелся на 80-е и 90-е годы прошлого века. Причем не только в автомобилях применялся вариатор, но и в скутерах. Вариатор – это разновидность АКПП, даже выбор режима ничем не отличается от автомата, построенного по классической схеме. Постараемся рассмотреть более детально, что такое вариатор и как он работает.

Основные узлы вариатора

Типов вариаторных механизмов сегодня существует очень много. Но принцип работы одинаков – плавно изменяется передаточное число между коленчатым валом двигателя и приводами колес. В автомобильной индустрии широкое распространение получили два типа передач:

  1. Ремнем клинообразной формы.
  2. Тороидальный тип передачи.

Вариаторы с клинообразным ремнем

Основа конструкции – это два шкива в форме конуса. Между ними натянут один или два ремня, имеет он форму клина – как на приводе генераторов некоторых автомобилей (например, отечественной классики). Изготавливаются ремни из высококачественной резины, металлических цепей или набора пластин. В зависимости от того, какой материал использован при изготовлении, можно судить о надежности и ресурсе коробки, принцип работы же остается неизменным.

Конструкция выполнена таким образом, что шкивы могут сдвигаться или раздвигаться. За счет этого изменяются их диаметры. Так как ремень соприкасается со шкивами боковой стороной, увеличивается ресурс механизма – даже резиновые образцы способны прослужить не менее полусотни тысяч километров. Более совершенные конструкции с применением металла выдерживают и больший срок.

Принцип работы вариатора заключается в том, что шкивы изменяют положение относительно друг друга – сближаются или отдаляются. На маленьких оборотах коленчатого вала диски на ведущем валу разжимаются, а ведомые сжимаются. Вследствие этого первые обладают диаметром меньшим, нежели вторые. Когда частота вращения коленвала увеличивается, происходит постепенное разжимание ведомых дисков и сжатие ведущих. В таком случае передаточное число становится меньшим.

Система управления вариаторной коробкой передач электронная, на основе микропроцессоров. Она следит за тем, чтобы диаметры обоих шкивов изменялись равномерно, в зависимости от нагрузки на двигатель автомобиля. Также система управления контролирует работу сцепления и планетарного механизма. Стоит отдельно упомянуть и про редуктор планетарного типа, который необходим при движении задним ходом. Если бы не он, то АКПП вариаторного типа не смогла бы выполнить реверс, то есть на автомобиле невозможно было бы двигаться задним ходом.

Электронная система управления коробкой передач позволяет на крейсерской скорости держать именно те обороты двигателя, которые обеспечат минимальный расход топлива, а также хорошую динамику движения. За многие годы было проведено немало экспериментов, которые выявили одну особенность – внутренние стенки шкивов должны иметь угол наклона, равный 20 градусам. Это оптимальное значение, поэтому производители делают шкивы именно такой формы.

Коробка передач вариаторного типа работает за счет того, что шкивы сдвигаются и раздвигаются. Это обеспечивается гидроприводом, пружинами или центробежными силами. Передача крутящего момента с помощью резинового ремня, конечно же, проста и дешева, но плохо показала себя, так как ресурс в 50 000 километров – это крайне мало. Намного эффективнее показывают себя коробки, в конструкции которых используют цепи из металлических пластин. У них большой ресурс, а вероятность обрыва крайне мала. Но самое главное – намного меньше посторонних шумов.

Передача момента с помощью цепи надежна и обладает высоким КПД. А это значит, что потерь практически не будет, весь крутящий момент уйдет от двигателя к приводам колес. Управление таким вариатором происходит при помощи рычага выбора режимов, расположенного в салоне автомобиля. В зависимости от марки автомобиля, клиноременные вариаторы могут отличаться конструкцией.

Вариаторы тороидальноного типа

Такой тип вариатора получил меньшее распространение, нежели клиноременной. Основа – это пара сферических соосных валов, в которых зажимаются ролики. Сферические валы вращаются в разные стороны. Изменение передаточного числа зависит от положения роликов относительно поверхности вала. Ролики передают движение валам при помощи силы трения и только. У такой коробки передач один большой недостаток – износ в тех местах, в которых ролик соприкасается с поверхностью вала.

Стоит заметить, что усилие, с которым ролики прижимаются к поверхности сферы, может достигать десяти тонн. Отсюда следует, что материалы должны использоваться самые лучшие, а управление системой должно осуществляться надежным и безотказным устройством. В качестве примера можно привести вариаторы Extroid, которые до сих пор устанавливаются на автомобили производителя Nissan. В нем имеется гидропривод, управление которым происходит при помощи блока управления. Он способен перемещать ролики относительно сферы вплоть до микрон.

Принцип работы тороидального вариатора

Плюсы и минусы вариаторной АКПП

Основные преимущества, конечно же, поражают:

  • плавность разгона;
  • простая конструкция;
  • экономия топлива в сравнении с классической АКПП;
  • дешевизна (ремонт и обслуживание не ударят по кошельку);
  • увеличение ресурса двигателя за счет того, что его работа происходит в нормальном режиме;
  • малый уровень шумов;
  • экологичность.

Но без минусов не обойтись, главный – повышенные нагрузки вариаторная коробка передач не может выдерживать. Вариаторы чаще можно встретить на маломощных мопедах, а вот на автомобилях с несколькими сотнями лошадок под капотом стараются не устанавливать. Хотя некоторые модели Ауди оснащаются АКПП вариаторного типа, но с применением новейших разработок, которые позволяют работать мощным двигателям с такой коробкой. Так что чаще можно встретить АКПП вариаторного типа на бюджетных автомобилях, мощность двигателя которых невелика. И если вы являетесь владельцем такой машины, то должны знать, что тянуть прицеп можно, если его общая масса небольшая. В случае прегруза можно повредить коробку передач.

В мототехнике используют ремни из высокопрочной резины с армированием, но в автомобильной индустрии их использовать бесполезно, надежнее оказываются металлические цепи. И если у вас вариатор, то “порысачить” с ним не получится. Такие автомобили для тех, кто предпочитает спокойную езду с плавными разгонами. Да, есть режим «Спорт», но при частом и долгом его использовании элементы коробки быстро изнашиваются.

Недостаткам можно отнести и то, что буксировка автомобилей с АКПП вариаторного типа возможна на 50-100 километров. Так что, если возникла необходимость в буксировке, дешевле окажется снять приводы, чтобы безболезненно доставить машину в нужное место. Но можно и методом частичной погрузки, если имеется такая возможность. Что касается поездок по бездорожью, то лучше отказаться от них, потому как это приведет к быстрому износу АКПП.

Замена ремня в вариаторной КПП производится каждые 150 тыс. км, а смена трансмиссионного масла необходима раз в 50 тыс. км. От этого зависит то, как работает вариатор и его эффективность. И если на мототехнике ремень – это расходный материал, который меняется быстро и минимальным набором инструментов, то в автомобиле такое занятие может быть осложнено тем, что не каждая СТО имеет квалифицированного специалиста, способного проделать всю работу качественно.

Но многое зависит от электронной системы управления, необходимо внимательно следить за ее работой. Если возникнут какие-либо ошибки, следует их сразу же устранять. Но в целом же поездка на автомобиле с вариаторной коробкой обходится намного дешевле, нежели на автомобиле с классической АКПП. И на это влияет то, что топлива расходуется намного меньше, ремонт дешевле, узлы в конструкции дешевые и простые.

Источник Источник Источник http://avtotehnar.ru/kpp-variator-v-mashine-chto-znachit/
Источник Источник Источник Источник http://provariator.ru/kak-rabotaet-variator-na-avtomobile

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *