Вариатор: что это такое и как работает-Топ-3 вариаторных коробок

Конструкцией вариатора предусмотрена плавная передача крутящего момента от двигателя на колеса автомобиля. Что такое вариатор и основное отличие вариаторной коробки от других аналогов – отсутствие передач. Передаточные отношения здесь меняются как в автоматическом, так и в ручном режиме. Вариатор – это упрощенное название автоматической коробки передач вариаторного типа. Еще ее обозначают латинскими литерами CVT, расшифровка — Continuously Variable Transmission, дословный перевод – трансмиссия бесступенчатая.

Как работает вариатор

Автомобили, оборудованные вариаторной трансмиссией, внешне очень похожи на машины с коробкой автомат. Что такое вариатор на автомобиле? По аналогии с другими трансмиссиями, в конструкцию коробки передач CVT тоже входят две педали, селектор переключения режимов. Режимы вариатора имеют те же обозначения:

1. Р – паркинг.
2. R – реверс.
3. N – нормаль.
4. D – драйв.

На первый взгляд устройство трансмиссий совпадает. Однако, принцип работы вариатора CVT отличается от традиционной АКПП. Здесь полностью отсутствуют фиксированные передачи, нет нумерованных первой, второй и прочих скоростей. Коробка вариатор обладает огромным количеством передач, переход с одного режима на другой осуществляется совершенно незаметно и плавно. В процессе эксплуатации транспортного средства, оснащенного вариатором, водитель не ощущает рывков, толчков и пинаний. Независимо от того, трогается машина, разгоняется или тормозит, вариатор постепенно меняет передаточное отношение без резких движений, рывков.

Разновидности коробок-вариаторов

В зависимости от конструкции механизма и области применения, вариаторы CVT подразделяются на следующие виды:

1. Клиноременной вариатор.
2. Цепной.
3. Тороидальный.

Самый распространенный вариант исполнения – клиноременной вариатор.

Немного теории:

чтобы понять принцип действия клиноременной передачи, рекомендуется представить два шкива сложной конструкции, взаимно отдаленные на небольшое расстояние;
каждый шкив вариатора состоит из двух конусообразных дисков, верхушки которых сходятся и расходятся;
оба шкива огибает специальный ремень.

Устройство вариаторной коробки передач

В состав каждого шкива входят по два конуса 20°, которые отцентрированы вершинами относительно друг друга. Клиновидный ремень вариатора входит в меж-конусное пространство. Свое название ремень получил, благодаря оригинальной форме сечения в виде буквы V. Такой профиль позволяет увеличить площадь контакта, силу трения между ремнем и шкивами вариатора.

Сближение конусов приводит к увеличению диаметра шкива. Соответственно, при их разведении – он уменьшается (эффект переменного рабочего диаметра шкива). Шкивы переменного диаметра расположены строго попарно. Один из них – ведущий (входной), он является продолжением коленчатого вала силового агрегата. Ведущий шкив вариатора передает вращение на второй (ведомый) шкив, элементы коробки передач, трансмиссию, колеса автомобиля.

Существует термин «радиус основного тона», он характеризует расстояние от ремня до центров клиновидных шкивов. Когда шкивы вариатора разведены и находятся максимально далеко друг от друга, этот параметр минимален. При максимальном сближении конусов ремень перемещается к наружному краю, увеличивая радиус. Отношение радиусов основного тона, ведущего и ведомого шкивов, регулируется специальным устройством бортового компьютера.

Интересно: Если на одном из шкивов вариатора увеличивается радиус охвата, на другом, он синхронно уменьшается. Благодаря данному эффекту, ремень находится постоянно в натянутом состоянии. При взаимном изменении радиусов создается бесконечное множество передаточных отношений – от минимального до максимально высокого. Например, если радиус основного тона на ведущем шкиве очень маленький, на ведущем он приближается к максимуму. При этом скорость вращения выходного вала низкая, что соответствует пониженной передаче автомобиля. Для увеличения скорости машины достаточно сблизить конусы ведущего шкива вариатора.

Изменяя радиусы охвата на ведущем и ведомом шкивах, можно получить бесконечное множество значений передаточного числа вариатора. В коробке передач CVT шкивы, размещенные на ведущем и ведомом валах, оборудованы специальным гидроприводом, при помощи которого конусообразные половинки синхронно сдвигаются/раздвигаются. При этом передаточное число вариатора изменяется в широких диапазонах.

Чтобы обеспечить движение автомобиля в режиме заднего хода, в конструкцию коробки вариатор включен набор шестерен (планетарный механизм). При помощи включения зубчатых зацеплений в заданном порядке, выходной вал вариатора может изменять направление вращения.

Помимо трех основных компонентов, описанных выше, в состав системы электронного управления вариатора также входят различные датчики, микропроцессоры. Бортовой компьютер, встроенный в трансмиссию, управляет положением конусообразных шкивов вариатора, исходя из нагрузок и скорости передвижения транспортного средства.

Устройство клиновидного ремня

Ремень в клиноременном вариаторе CVT отличается сложным устройством. Благодаря использованию новейших материалов, ремни вариаторов очень надежны и эффективны. Вместо цепей и резиновых ремней, огибающих шкивы, в коробках вариатор применяются гибкие металлические ремни клиновидной формы (наборные металлические ленты).

Схема устройства металлического ремня вариатора:

Основой высокопрочного ремня вариатора служат тонкие полоски упругой стали (количество полос равно 9 – 15 штук), которые скреплены при помощи пластин сложной формы. Эти детали имеют форму трапеции, они плотно нанизаны на стальные ленты. Материал изготовления скрепляющих пластин – углеродистая легированная сталь высокой прочности.

Основные преимущества клиновидных стальных ремней:

1. Сверхвысокая прочность ремня вариатора.
2. Отсутствие эффекта проскальзывания.
3. Повышенная жесткость изделия при передаче усилий на сжатие (толкающий ремень).
4. Способность передавать максимальный крутящий момент от силового агрегата на ходовую часть.
5. При работе вариатора ремень не издает много шума.

Общий вид клиновидного ремня CVT:

Образец цепи, установленной в вариаторе авто фирмы АУДИ:

Клиновой ремень вариатора Audi изготовлен в виде широкой цепи, состоящей из отдельных стальных пластин.

Интересно: Для технического обслуживания клиновидной цепи вариатора используется специальный масляный состав. Смазочная жидкость способна изменять свои характеристики под воздействием повышенного давления в местах контакта пластин с поверхностью шкива. В результате чего, цепь вариатора CVT передает заданные усилия без проскальзывания и трения даже в условиях маленькой площади контакта.

Особенности управления коробкой вариатором

Когда автомобиль, оснащенный стандартной коробкой автомат, набирает скорость, приходится раскручивать обороты двигателя перед включением каждой передачи. Автомобиль с вариатором разгоняется при постоянных оборотах силового агрегата. На основании программы управления, выбранной водителем, вариатор самостоятельно изменяет передаточное число трансмиссии.

При подъемах на возвышенность, преодолениях преград или торможениях водитель нажимает на педаль газа, а вариатор автоматически снижает передачу. В это время диски шкивов синхронно передвигаются (сходятся/расходятся), занимают заданное положение, чтобы обеспечить требуемую величину момента кручения выходного вала вариатора.

При помощи электроники, коробка вариатор CVT может резко переключаться, например, перескакивая с виртуальной шестой на восьмую передачу. Или, по желанию водителя, можно постепенно переходить на следующий режим с имитацией последовательного переключения.

Где применяются вариаторы CVT

Благодаря простоте конструкции и комфортности управления, коробки передач вариаторного типа устанавливаются на автомобилях известных производителей: AUDI, INFINITY, NISSAN и др.

Вариаторы также нашли широкое применение в следующих механизмах и технических устройствах:

1. Сверлильные станки.
2. Тракторы и прочие сельхоз машины.
3. Мотороллеры.
4. Снегоходы.

Коробка вариатор, плюсы и минусы

При сравнении КПП вариаторного типа с классической коробкой автомат, выясняется, что АКПП состоит из многочисленных шестерен, валов, синхронизаторов, муфт, тормозов, гидравлической системы, плиты с масляными каналами и пр. Вариатор отличается простотой конструкции. В его состав входят только три основных компонента: ведущий и ведомый шкивы, а также приводной ремень.

Коробки вариаторы набирают популярность среди автопроизводителей и владельцев автомобилей, благодаря большому количеству достоинств:

1. Возможность набирать и снижать скорость без переключения режимов.
2. Плавность передвижения автомобиля при изменении скоростей вариатора.
3. Стабильность показателей мощности, вне зависимости от скорости машины.
4. Существенная экономия топлива.
5. Чуткая реакция электронной системы вариатора на изменения характера дороги (движение по скользкой дороге, на подъем, под уклон).
6. Отсутствие вынужденного замедления (авто не снижает скорость даже при преодолении подъемов).
7. Минимальные потери мощности вариатора, в сравнении с АКПП.
8. Отличная динамика разгона.
9. Стабильность оборотов двигателя.
10. Меньшие выбросы вредных веществ.
11. Простота устройства, минимальное количество рабочих элементов.

Благодаря сравнительно небольшому количеству составляющих, вариатор имеет намного меньший вес, чем аналогичная коробка автомат.

Вариаторы обладают простой конструкцией, но это не исключает необходимости регулярного технического обслуживания. Больше всего хлопот и неприятностей доставляет ремень вариатора CVT. Кроме компьютерной диагностики, здесь требуется производить замену клиновидных или цепных ремней после каждого пробега, равного 50 – 60 000 км. Бывают случаи, когда ремень вариатора нужно менять намного раньше. Все зависит от марки машины, модели вариатора, условий эксплуатации автомобиля.

Наряду с очевидными преимуществами, коробка вариатор обладает определенными недостатками:

• Вариатор плохо переносит усиленные нагрузки.
• Его редко устанавливают на внедорожники, которые эксплуатируются на тяжелых трассах.
• Сравнительно небольшой срок эксплуатации.
• Трудно найти квалифицированного специалиста по ремонту и восстановлению работоспособности вариаторов.
• В мастерских автосервиса часто предлагают полностью заменить поломанный вариатор на новый дорогостоящий механизм. Стоимость нового вариатора составляет более 30% от общей цены на автомобиль.

Внимание: Многие водители отмечают в поведении вариатора некоторую медлительность при переключении передач – эффект задумчивости. Не всех автовладельцев удовлетворяет задержка в одну-две секунды.

Устройство тороидального вариатора

В отличие клиноременной конструкции, вариатор тороидального типа состоит из двух дисков, выполненных в виде вогнутых криволинейных поверхностей. Вращение от ведущего элемента на ведомый передается при помощи специального ролика скользящего действия. При его наклоне и перемещении к наружному диаметру ведомого диска происходит увеличение передаточного числа. Соответственно, при наклоне ролика в противоположную сторону и смещении к центру диска, передаточное отношение вариатора снижается.

Схема устройства и принципа действия тороидального вариатора:

Основные требования к тороидальным вариаторам: высокий коэффициент полезного действия, длительный срок эксплуатации. Чтобы обеспечить выполнение поставленных задач, при изготовлении элементов вариатора используются дорогостоящие материалы, современные технологии.

Тороидальные вариаторы отличаются относительной простотой, однако, такие вариаторы редко применяются в современном автопроизводстве. Это объясняется следующими факторами:

• повышенная требовательность к точности изготовления рабочих элементов;
• прочности поверхностного слоя сопрягаемых дисков и роликов;
• использование дорогих технологий при изготовлении узлов и деталей;
• сложность настроек;
• высокая стоимость специальных смазочных материалов.

Как работает тороидальный вариатор

Глядя на схему тороидального устройства, может показаться, что оно не относится к механизмам вариаторного типа. Здесь отсутствует ременная передача, шкивы не перемещаются относительно друг друга (не сходятся и не расходятся), валы стоят неподвижно. Но, если проанализировать принцип действия данного механизма, получается, что он очень похож на классический вариатор:

1. Ведущий диск вариатора прочно сидит на выходном валу двигателя внутреннего сгорания.
2. Ведомый – передает вращение на приводной вал главной передачи.
3. Ролики передают момент вращения от силового агрегата на ведомый диск.
4. Передаточное число изменяется, в зависимости от угла наклона роликов и места контакта с дисками.

Благодаря двум степеням свободы, ролики вариатора могут крутиться вокруг своей оси, а также совершать наклоны в вертикальном направлении. В результате происходит их контакт с дисками на различных уровнях.

Что нужно знать о вариаторных коробках передач

• 1 Что это такое
• 2 Принцип работы
• 3 Разновидности вариаторов
• 4 Как распознать вариатор в автомобиле
• 5 Преимущества и недостатки
• 6 Правила эксплуатации

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

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

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

Что это такое

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

Далее разберёмся с принципом работы вариаторов на автомобилях.

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

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

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

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

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

Но к числу основных компонентов вариаторной коробки можно отнести:

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

Принцип работы коробок одинаковый, но конструкция и устройство отличаются.

Разновидности вариаторов

Всего различают 3 основных вида вариаторов. А именно:

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

Наиболее актуальным и востребованным остаётся клиноременной тип.

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

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

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

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

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

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

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

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

Как распознать вариатор в автомобиле

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

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

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

Для идентификации вариатора можно воспользоваться:

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

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

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

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

Преимущества и недостатки

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

К сильным сторонам CVT можно отнести такие моменты:

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

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

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

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

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

Правила эксплуатации

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

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

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

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

Источник Источник Источник http://motoran.ru/transmisii/chto-takoe-variator
Источник Источник Источник http://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-variator-v-avtomobile-kak-rabotaet.html