Как работает вариатор на автомобиле?

Начало создания вариативных передач было положено в прошлом веке. Еще тогда голландский инженер смонтировал ее на транспортное средство. После такие механизмы применяли на промышленных станках.

Вариатором называют механизм, обеспечивающий плавную передачу крутящего момента от силовой установки к элементам, приводящим транспортное средство в движение. Часто такое устройство имеет название самой компактной бесступенчатой коробки. Рядовому автовладельцу сложно отличить в управлении вариативную и автоматическую трансмиссии.

Принцип действия вариатора предусматривает эффективную синхронизацию с коленчатым валом, и передача момента происходит беспрерывно, что дает возможность существенно экономить расход топлива.

Трансмиссии такого типа могут применяться на автомобилях, мотоциклах, мотороллерах, но КПП испытывает такую нагрузку, не позволяющую ее установку на грузовом автотранспорте. В данной статье будет рассмотрено: вариатор, вариаторная коробка передач, устройство, принцип работы.

Конструкция

Итак, разберем составляющие части. Устройство и принцип работы вариатора — имеет большое количество деталей. Основными агрегатами являются:

• устройство отсоединения коленчатого вала и трансмиссии;
• вариативная скорость;
• дополнительный агрегат заднего хода (передачи этого типа не предусматривают конструкцией движения назад, для этого монтируется обычный планетарный редуктор);
• блок управления, контролирующий передачу момента и ускорение;
• механизм автоматического сцепления центробежного действия и дополнительный агрегат, состоящий из электромагнита, и контролируется системой электроники;
• трансформатор гидравлического вида.

Таково общее строение вариативной коробки. Также имеются разные сборки таких трансмиссий, отличающихся типом передачи момента.

Вариатор — принцип работы, типы вариаторов

Конструкторские усовершенствования стали причиной того, что появилось несколько принципов работы этого устройства:

Клиноременная конструкция. Вращение коленчатого вала передается на движители с помощью одного или двух прочных ремней. Изготовляются по специальной технологии для обеспечения высокого рабочего ресурса. Такая ременная передача смонтирована на двух шкивах, состоящих из пар конусных дисков.

Хитрость такого конструкторского решения заключается в переменном диаметре шкивов. Уменьшение и увеличение размера конусов происходит при участии гидравлической системы, центробежной силы и пружинных опор. Конусы размещены под уклоном, позволяющим минимально снизить силу трения.

Одни из первых таких трансмиссий часто выходили из строя по вине выработки ремня. Современное автомобилестроение производит ременные передачи по инновационным технологиям, обеспечивающим ресурс работы до 2000000 пройденных километров.

Изготавливают ремни путем плетения специальной проволоки, набора и скрепления между собой стальных пластин. При этом такая передача обладает хорошей гибкостью. Именно эти технические решения позволили отнести такую КПП в разряд отдельных типов трансмиссий.

Вариаторы с клин-цепным приводом. В качестве ремня используется звеньевая цепь, имеющая хорошую гибкость. При этой системе конусные шкивы выполняют из специальных видов стали по причине высоких нагрузок. Такая схема и принцип действия вариатора имеют высокий КПД. А все потому, что потери энергии значительно снижаются.

Как это работает?

Что такое вариатор и как он работает? Вариативная коробка передач может управляться исключительно при помощи системы электроники. Здесь требуется быстрое реагирование на увеличение оборотов коленчатого вала и расчет движения конусов для перемены диаметров шкивов. Причем электроника учитывает конкретный режим силовой установки, сцепление и другие узлы в режиме реального времени.

Водитель управляет трансмиссией рычагом, имеющим комплекс функций аналогичных автоматической коробке передач. Электроника с помощью вычислений делает диаметр шкивов, отвечающий наивысшему КПД. Когда обороты на выходе с мотора возрастают, то конусные диски сближаются и происходит возрастание посадочного диаметра шкива.

Параллельно снижается значение передаточного числа. Причем существует система, отвечающая за синхронность движения конусных частей. Их положение и зазоры контролирует датчик-регулятор.

В случае раздвижения конусных деталей, ременная лента огибает шкив по малому кругу и при сужении – по большому диаметру. Многие автолюбители даже не задаются вопросом: что такое вариатор, устройство и принцип действия? Просто называют это устройство коробкой автоматом, но по конструкции они существенно отличаются.

Поведение трансмиссии при разгоне и движении на подъем

Когда автомобиль разгоняется, это не свидетельствует о параллельном возрастании оборотов двигателя.

Они остаются неизменными в течение увеличения скорости. Вариативная коробка самостоятельно и плавно изменяет передаточное число. В случае движения на подъем, когда авто начинает несколько замедляться, вариатор будет уменьшать передаточное отношение и сделает обратную процедуру. Режимы работы двигателя с такой трансмиссией являются выигрышными.

Техническое обслуживание

Устройство и принцип действия вариатора делает его сервисный осмотр и устранение неисправностей дорогостоящей и трудоемкой операцией. Устранение серьезных поломок ремня или других деталей – это затратное дело. Для системы смазки используется специальное трансмиссионное масло и имеет высокую стоимость при отсутствии гарантийного сервисного обслуживания.

О возникающих неполадках может предупреждать бортовой компьютер, имеющий функцию самостоятельной диагностики и диагностический разъем. С помощью последнего работники сервиса подключаются к системе электроники для считывания кодов неисправностей и их последующей очистки. Вариаторы могут применяться на средствах передвижения малого тягового класса.

Нужен ли прогрев двигателя при старте движения?

Для отправления в путь машины, оснащенные вариативными коробками передач, должен быть прогрет двигатель.

Это объясняется необходимостью нагрева смазочной жидкости и доставки ее ко всем узлам и агрегатам. Если смазка не будет подана к некоторым деталям – это повысит износ, и ускорит надобность ремонта. Также нужно периодически поглядывать за уровнем трансмиссионного масла.

Только после проведения процедуры прогрева можно начинать движение. Для отсутствия перегрузок и неисправностей стоит отказаться от буксирования автомобилей и езды по дорогам, находящихся в неудовлетворительном состоянии.

Вариатор (сцепление) — принцип действия, устройство

Для передачи оборотов колен вала на вариативную коробку передач используется механизм сцепления. Состоит из корпуса, ведомого и ведущего диска с демпферными пружинами и фрикционными накладками, выжимного механизма. Один диск установлен на вал двигателя и вращается вместе с валом. Второй элемент установлен на входе коробки и под действием прижимного усилия соединятся, передавая крутящей момент на КПП.

После этого вращение будет передано на колеса.

Положительные аспекты

Принцип действия вариатора позволяет сделать работу автомобиля динамичной. Эффективная эксплуатация двигателя показывает хорошую экономию топлива. При движении в условиях скользкого дорожного покрытия будет исключаться эффект пробуксовки. В движении будут отсутствовать толчки и рывки, в отличие от механической коробки. Показатели выбросов вредных веществ будут ниже, чем у рядовых машин, а разгон быстрее.

Принцип работы вариатора — основные нюансы видео

Во время движения автомобиля до бесконечности велико возможное количество режимов. Из-за этого для обеспечения оптимальной работоспособности двигателя автомобиля необходимо и бесконечное количество различных ступеней в коробке переключения передач. А вариатор – единственный в наше время вид коробки переключения передач, который дает возможность бесступенчато менять отношение передаточного числа между трансмиссией и двигателем. Это в свою очередь означает, что для различных режимов работы авто подбирается самое эффективное значение отношений передаточного числа, а не как в любых других коробках передач – усредненное.

Последствием работы двигателя в постоянном режиме, находясь в точке оптимальных для его оборотов, является уменьшение токсичности газов выхлопа, повышенная экономичность топлива, а также улучшенная динамика при разгоне автомобиля. Вследствие плавного (а не ступенчатого) изменения передаточного отношения автомобили отличаются плавностью своего хода. А отсутствие рывков во время переключения трансмиссии намного увеличивает сроки службы ее узлов.

Положительные и отрицательные стороны вариатора.

В отличие от АКПП, вариатор наделен небольшим весом, достаточной надежностью и имеет простую конструкцию, но избавляет от ручного переключения, как и “автоматы”, рекомендую прочитать мою статью вариатор или автомат. Однако есть у данного устройства и свои минусы, главным из которых является то, что их работа производится за счет трения, из-за чего передается только определенный крутящий момент, и в случае его превышения начинается интенсивный износ и проскальзывание рабочих поверхностей, что предполагает невозможность использования его с мощным двигателем.

Настоящая стихия вариатора – это плавное и спокойное движение, поэтому он не любит в режимах максимальной нагрузки долго работать (обычно резкие торможения и рывки приводят к его скорейшему износу).

Принцип работы и устройство вариатора.

В технике часто используются узлы разного типа, но в автомобиле распространение получили лишь два вида вариаторов: тороидный и клиноременный. На их примере и рассмотрим принцип работы данного устройства.

1. Конструкция тороидного вариатора состоит из роликов и соосных дисков, которые от первого диска ко второму передают крутящий момент.

Для того чтобы изменить передаточное число, нужно поменять радиус и положение роликов, по которым происходит обкатка диска. А в связи с тем, что основное усилие сосредотачивается в пятне контакта, то для того, чтобы произвести поворот ролика, необходимо использовать специального устройства, которое может преодолеть прижимную силу диска к ролику. Например, в некоторых вариаторах используется гидравлически-прецизионный механизм, управляемый электроникой, которая перемещает вниз или вверх ролики на небольшое расстояние. Из-за данного сдвига и происходит самостоятельное поворачивание ролика.

2. Немного иначе устроен клиноременной вариатор, который состоит обычно из нескольких (как правило, двух) ременных передач, где образование шкивов происходит за счет конических дисков. При раздвигании и сдвигании этих дисков происходит изменение диаметра шкивов и, соответственно, передаточного числа.

Различные фирмы производители разработали различные конструкции вариаторов данного типа, к примеру, на место ремня ставят цепь или в большинстве случаев ремень, состоящий из металлических пластин, но в целом принцип работы у них идентичный.

Значит, для начала движения автомобиля с места применяется гидротрансформатор небольшого размера, который блокируется во время движения, и обычное сцепление. А электронная система, состоящая из блока управления, датчиков и сервопривода, осуществляет управление дисками самих шкивов.

Однако давайте вернемся немного назад и посмотрим, почему в данном вариаторе используется клиновидный ремень. В разрезе ремень имеет форму трапеции и боковыми поверхностями вклинивается в шкив. После износа его поверхностей он врезается в шкив глубже (благодаря его форме) и сцепка остается прежней.

В заключении хотелось бы подытожить: принцип работы вариатора в сравнении с автоматической коробкой переключения передач являются наиболее совершенным типом трансмиссии. Его совершенство заключается в меньшем топливном расходе, наиболее плавной езде, улучшенной динамике разгона. И одновременно с этим конструкция вариаторов намного проще относительно традиционных «автоматов». Скорее всего, что в ближайшее время автомобили укомплектованные вариаторами составят очень серьезную конкуренцию машинам с АКПП и потеснят автомобили с «механикой».

Рекомендую прочитать:

К записи оставлено 2 коммент.

В принципе со всем написанным согласен, но с тем, что «принцип работы вариатора является наиболее совершенным типом трансмиссии» я поспорю. А уж тем более с тем что он улучшает разгонную динамику. Они проще и дешевле в производстве, да, но не более того. Любой более-менее толковый робот или преселектив заткнет за пояс любой вариатор.

Статья написано очень хорошо. Не согласен с выводом. Например на автомобиле Тойота, проверено на собственном опыте, вариатор является не надёжным узлом который выходит из строя 140-150 тис. Ремонтирует его редко хто, а ремонт очень не дешевый. На официальном сервисе вам предложат лишь замену целиком, цена от 9 тис. американских вечнозеленых долларов. Причём категорически отказываются говорить что именно вышло из строя и по какой причине. Альтернатива только Б/У. По сему напрашивается вывод что старая и надёжная коробка автомат с не очень плавным принципом переключением передач, тем более средний ремонт последней 800-1400 тех же долларов, будет очень долго радывать нас.

• Устройство вариатора — может ли он заменить «автомат»?
• 1. Как появился вариатор?
• 2. Принцип работы вариатора
• 3. Из чего состоит вариатор?

До последнего времени, подавляющее большинство наших соотечественников, пользовались в основном транспортными средствами отечественного производства, оборудованными механическими коробками передач. Ситуация изменилась тогда, когда в нашу страну начали массово поступать иномарки, мгновенно завоевав популярность потребителей. Многие из импортированных моделей машин, были оборудованы автоматической КПП – своеобразной новинкой для отечественных автолюбителей. Однако, мировая автомобильная промышленность не стоит на месте и хоть сегодня уже никого не удивишь коробкой автомат, но вопрос выбора по прежнему остается. Дело в том, что в современном автомире существует несколько вариантов трансмиссии, а их выбор зависит от индивидуальных требований потенциального покупателя.

Обычно, отдав свое предпочтение транспортному средству со встроенной АКПП, автовладелец начинает задумываться какой ее тип лучше выбрать: классический или вариаторный. Если с классическим типом более-менее все понятно, то вариаторная коробка передач еще не так сильно распространена и многие автолюбители не ориентируются в вопросе ее устройства, рабочих принципах или функциональных особенностях. Поэтому, мы посчитали, что соответствующая информация данной статьи может быть весьма полезной.

1. Как появился вариатор?

Малознакомое устройство под названием «вариатор» (с англ. «continuosly variable transmission» или просто СVT), используется для передачи крутящего момента и имеет куда более древнюю историю нежели традиционная «механика», а уж тем более автоматическая трансмиссия. Схема будущего вариатора была разработана известным итальянским художником, писателем и изобретателем Леонардо да Винчи, однако, в 1490 году применять устройство было негде и никто не обратил особого внимания на открытие.

В самом первом варианте, данный механизм имел вид двух конусов, части которого сужались и были направлены в разные стороны, а между ними натягивался ремень. Такая конструкция позволила назвать устройство первым видом бесступенчатой трансмиссии. Конечно, в те времена вариатор не имел ни какого отношения к автомобилям и использовался средневековыми мельниками для изменения скорости вращения своих жёрнов (передвигая по конусам ремень они плавно меняли передаточное число, а значит и скорость). Чуть позже, конусный вариатор был заменен на другой его вид – клиноременный , который все прошлое столетие активно использовался в промышленности. С его помощью выполнялся привод индустриального оборудования, такого как швейные машинки или жатки-сенокосилки.

Прошло еще немного времени и подобным открытием заинтересовались производители мопедов, однако, автомобильные компании, почему-то, долго не проявляли к нему заслуженного интереса (правда встречались исключения).

Впервые мысль о возможности применения клиноременного механизма на автомобиле пришла в голову голландскому инженеру Хуберту Ван Дорну – вдохновителю и генеральному директору компании DAF. Именно он в 1958 году создал бесступенчатую трансмиссию Variomatic, которую, в последствии, и предложил своей компании. В результате, на автомобильном рынке была представлена модель DAF 600с, обладавшая 590 кубовым мотором и вариатором. По большому счету, своей популярностью, данный автомобиль во многом обязан описываемому устройству. Естественно, конструкция того времени была еще очень далека до совершенства из-за чего проект бесступенчатой передачи пришлось свернуть.

Спустя десять лет, компания Volvo выкупила DAF и стала оборудовать подобными механизмами уже свои автомобили третей серии (Volvo 353). Однако, из-за возросшей мощности силового агрегата, все узнали о недостатках , присущих вариатору: низкой надежности и невозможности передавать серьёзный крутящий момент. Так, работоспособности устройства хватало от силы на 50000 километров, поэтому о надежности автомобилей, имеющих бесступенчатую трансмиссию не могло быть и речи.

Этот факт стал причиной того, что в середине 80-х годов ХХ века, вариатор перестал использоваться на автомобилях «Volvo», появившись через пару лет в Японии. Концерн Fuji Heavy Indastries нашел ему применение на модели Subaru Jasty, оборудованной несколько иной конструкцией бесступенчатой трансмиссии. Вот как раз с этого момента вариатор, устройство которого было известно еще в средневековье, обрел свое заслуженное место в мире автомобилей, заинтересовав такие известные фирмы как Nissan, Honda, Fiat, Ford и Audi. Такому интересу поспособствовало сразу два фактора: с одной стороны – резкий скачок технологий, а с другой – упрямство голландцев.

Первым вариатором получившим патент, стал тороидный вариатор, разработанный Чарльзом Хантом в 1886 году. В данном устройстве, между двумя колесами (ведущим и ведомым), обладающими сферической рабочей поверхностью, был зажат ролик, а передача крутящего момента выполнялась за счет трения, возникающего при взаимодействии рабочих поверхностей колес и ролика.

Современный вариант трансмиссии, устанавливаемый на многие выпускающиеся в наше время транспортные средства, возник еще в начале 70-х годов ХХ века путем стараний все того же Хуба Ван Дорна, которого первые неудачи хоть и огорчили, но не заставили отказаться от идеи создания качественной бесступенчатой трансмиссии. После продажи DAF он открыл еще одну компанию под оригинальным названием «Van Doorne Transmissie», где и был изобретен, а затем поставлен на серийное производство стальной ремень, приблизительно такой же, какой сегодня применяется почти на всех автомобилях с бесступенчатой трансмиссией.

2. Принцип работы вариатора

И так, исходя из всего вышесказанного, вариатор (или как его еще называют, «вариаторная коробка») – это бесступенчатая коробка передач, тоесть один из видов КПП, в котором передаточное число может медленно меняться в пределах заданного диапазона. В технике, применяются устройства разного типа, но что касается автомобиля, то здесь распространение получили только два из них: клиноременный и тороидный, поэтому, логично будет рассмотреть принцип работы вариатора учитывая особенности их конструкции.

Составляющими частями тороидного вариатора являются ролики и соосные диски, передающие крутящий момент от первого до второго. Что бы добиться изменения передаточного числа, необходимо поменять положение и радиус роликов, которые напрямую задействованы в обкатке диска. Принимая во внимание тот факт, что основное усилие приходится на место контакта, понятно, что для выполнение поворота ролика, придется использовать специальное устройство, способное преодолеть прижимную силу, задействованную для соединения диска и ролика. К примеру, механизм некоторых вариаторов относится к гидравлически – прецизионному типу и управляется электроникой, перемещающей ролики на небольшое расстояние вверх или вниз. Благодаря данному сдвигу ролик поворачивается самостоятельно.

Клиноременной вариатор устроен несколько иначе. Обычно, он состоит из нескольких (чаще всего, двух) ременных передач, при которых шкивы образовываются за счет конических дисков. Когда диски сдвигаются (или раздвигается) диаметр шкива, а соответственно и передаточное число, меняют свое значение. Разные производители вносят свои коррективы в стандартную конструкцию вариатора этого типа: вместо обычного ремня устанавливают цепь или ремень, состоящий из металлических пластин. Такие конструктивные решения никак не влияют на принцип работы вариаторов и он остается одинаковым для всех.

Что бы автомобиль начал движение, используют небольшой гидротрансформатор, блокирующий обычное сцепление в процессе движения. Управление дисками шкивов осуществляется при помощи электронной системы, состоящей из блока управления, сервопривода и разных датчиков. Так почему же в таких вариаторах применяется клиновидный ремень? Если его разрезать, то он будет иметь форму трапеции и вклиниваться в шкив боковыми поверхностями. После сильного износа поверхностей ремня, он начинает глубже врезаться в шкив и сцепка остается такой же.

В сравнении с автоматической КПП стандартного типа, рабочий принцип вариативной коробки, считается более совершенным типом трансмиссии, что отображается в большей топливной экономичности, плавной езде и улучшенной динамике разгона. Более того, с конструктивной точки зрения, устройство вариатора намного проще, чем аналогичные механизмы традиционной автоматики, поэтому, с большой долей вероятности, можно предположить, что в самое ближайшее время укомплектованные вариаторами транспортные средства, смогут составить серьезную конкуренцию автомобилям с АКПП, оттеснив назад «механические» машины.

3. Из чего состоит вариатор?

Вне зависимости от типа(тороидная или клиноременная), все вариаторные коробки состоят из следующих общих элементов:

— механизма, который обеспечивает передачу крутящего момента и отвечает за отсоединение КПП от двигателя (нейтральная передача);