Вариатор (CVT) – что это такое, виды вариаторов, принцип работы, плюсы и минусы

Что такое вариатор (CVT) в автомобиле и как он работает

Коробка-вариатор CVT

Разница в диапазонах угловых скоростей двигателя и колёс автомобиля во все времена была и остаётся предметом исследований и инженерных решений для устройств, имя которым – трансмиссия. Развитие удобных в управлении автоматических бесступенчатых трансмиссий автомобиля и привело в последние годы к практическому использованию вариатора.

Принцип работы вариатора известен давно и в таких машинах, как скутеры или снегоходы эти устройства используются уже много лет. Почему же в автомобилях вариаторы стали применяться сравнительно недавно? Насколько они надёжны и долговечны? Требуют ли вариаторы каких-то особенных приёмов при вождении автомобиля? В чём достоинства и недостатки трансмиссии с вариатором?

Для ответов на эти вопросы имеет смысл ознакомиться с принципом работы вариатора и основами конструктивных решений устройства, основными видами автомобильных вариатор, а также статистикой о надёжности и долговечности этих устройств.

Принцип работы и конструкции вариатора

Проще всего принцип работы вариатора можно рассмотреть на примере самого распространенного типа устройства: клиноремённого.

Клиноременный вариатор

На валу, который соединён с валом двигателя находится ведущий шкив, выполненный из двух половинок. Половинки могут передвигаться по валу (оси своего вращения). Аналогичный (состоящий из двух половинок) шкив расположен на другом валу, соединённом с приводами колес автомобиля. Этот шкив называют ведомым. Между собой ведущий и ведомый диски соединены ремнём, клиновидным в сечении.

На низких оборотах двигателя половинки ведущего шкива раздвинуты и ремень «провален» к оси вращения, а на ведомом шкиве наоборот: ремень «выдавлен» максимально далеко от оси вращения.

Принцип работы клиноременного вариатора

Таким образом, за счёт трения в месте контакта ремня с поверхностями половинок шкивов образуется ремённая передача, схематично изображённая на следующем рисунке.

Схематическое изображение ременной передачи

То есть ведущий вал как бы аналогичен шестерёнке малого диаметра, а ведомый – большого. Соответственно, на малых оборотах угловая скорость ведущего шкива существенно выше, чем ведомого, к которому передаётся максимальное тяговое усилие (и минимальная угловая скорость).

Сдвигает половинки ведущего шкива торцевое усилие, формируемое в зависимости от конструкции вариатора инерционными силами (от роликов внутри одной половинки шкива, перемещающихся за счёт центробежных сил – простейший случай) или гидравликой, получающей команды от электронного блока управления (современные системы).

Помимо центробежных, системы передачи крутящего момента с электронным управлением могут быть электромагнитными или многодисковыми, но наибольшее распространение благодаря доведенности конструкции получили гидротрансформаторы.

На высоких оборотах картина обратная: «шестеренка» ведущего шкива становится большого диаметра (ремень выдавливается к периферии шкива) а у ведомого половинки раздвигаются и ремень «проваливается» к центру («шестерёнка» малого диаметра). Трение, необходимое для изменения расстояния между половинками ведомого шкива и натяжение ремня обеспечивает пружина.

По принципу действия помимо клиноременных существуют ещё торовые вариаторы.

Торовый вариатор

В них роль составных шкивов выполняют конусообразные диски, а роль ремня – ролики грибовидной формы, имеющие возможность не только вращаться вокруг своей оси, но и перемещаться относительно оси вращения дисков. При различных положениях роликов они по различного диаметра окружностям соприкасаются с дисками, и за счёт этого меняется передаточное отношение между дисками. На практике торовые вариаторы встречаются существенно реже клиноременных.

Казалось бы, если всё так просто и принцип работы устройства хорошо известен, почему на автомобилях вариаторы стали применяться сравнительно недавно?

Дело в том, что материал ремня, используемый в вариаторах скутеров и снегоходов, не рассчитан на уровень нагрузок, которые возникают в автомобилях. И только современные технологии позволили разработать привод вариатора, выдерживающий высокие нагрузки.

Ремень современного автомобильного вариатора металлический, состоящий из двух металлических лент и вставленных в них набора упругих металлических звеньев.

Металлический ремень вариатора

От ведущего шкива наиболее зажатое в нем звено передаёт толкающее усилие к следующему звену и далее по цепочке. Получается, что такой наборный ремень не тянет, а толкает ведомый шкив и это позволяет передавать на него бо́льшие усилия, чем в обычной клиноремённой передаче. Именно такой тип привода получил максимальное распространение в современных вариаторах.

В некоторых марках автомобилей (прежде всего Audi) встречается привод в виде многозвенной цепи вместо ремня.

Привод вариатора в виде многозвенной цепи вместо ремня

Такую передачу ещё называют клиноцепной. В отличие от металлического наборного ремня пятно контакта торцевых участков такой цепи с конусной поверхностью шкивов существенно меньше, и это обстоятельство предъявляет повышенные требования к материалу и сочленениям цепи. У цепной передачи самый высокий КПД передачи усилия от ведущего шкива к ведомому, неплохие показатели долговечности, достаточно простая замена в случае необходимости. Но при этом цепь – достаточно дорогой привод.

К особенностям конструкции вариатора ещё следует отнести необходимость встраивания в устройство механизма заднего хода – прямой реверс шкивов вариатора невозможен. Практически это решается так же, как и в автоматических коробках передач: в конструкции предусмотрен планетарный редуктор.

Чем отличается вариатор от автомата в эксплуатации

В отличие от трансмиссий с механической и автоматической коробками передач в вариаторе реализован принцип бесступенчатой трансмиссии (CVT – общепринятая аббревиатура названия таких устройств). Двигатель автомобиля в CVT связан с колесами (движителями) абсолютно плавным изменением соотношения количества оборотов.

С одной стороны, это делает поездку на автомобиле чрезвычайно комфортной – нет необходимости переключать передачи как в механической коробке передач и полностью отсутствуют рывки и подергивания как в автомобиле с автоматической трансмиссией. С другой стороны, несмотря на внешне одинаковые с автоматической коробкой передач органы управления и режимы движения, из-за принципиального различия в конструкциях вариатор имеет свои особенности эксплуатации.

Прежде всего, это касается режима разгона: для водителя, впервые севшего за руль автомобиля с вариатором абсолютно непривычен режим разгона на постоянных оборотах двигателя. Для устранения этого эффекта в автомобилях с CVT возможна эмуляция (имитация электроникой на программном уровне) ручных режимов управления машиной с резким изменением количества оборотов (соответственно изменением привычного большинству автолюбителей звука двигателя). Только здесь надо понимать, что та же электроника не позволит «загнать» обороты двигателя в красный сектор тахометра.

Вообще же, вариатор хорош для любителей плавной и спокойной езды.

Детали вариатора весьма чувствительны к смазке и немедленное после запуска двигателя движение (особенно зимой) крайне нежелательно: масло не успевает поступить к трущимся деталям и, как следствие, повышенный износ и дорогостоящий ремонт. То же относится к любителям «рывка» на светофоре после установки селектора в нейтральное положение.

Наличие достаточного количества смазки в местах трения вариатора важно еще и потому, что эта специфическая смазка предотвращает проскальзывание приводного ремня или цепи (в этом проявляется уникальность свойств масла для вариаторов). Своевременная (как правило, после 60 тыс. км.) замена масла с маркировкой CVT – обязательное условие нормальной эксплуатации вариатора.

Ещё владельцам автомобилей, оснащенных вариатором, необходимо особенно тщательно следить за соблюденем правил езды с прицепом и буксировки. В связи с ограничением по мощности (хотя последние разработки вариаторов ставятся на автомобили с мощностью двигателя более 200 л.с.) езда с прицепом для большинства автомобилей с CVT нежелательна. На буксировку машин с вариатором также накладывается ограничение: масло в вариаторе должно находиться под давлением иначе возможен только вариант буксировки с частичным погружением передних колёс.

Наиболее распространённое проявление неисправности вариатора – лёгкие подергивания при переводе селектора в положение «Движение». Проявление такого признака свидетельствует о скором ремонте.

Вообще же ресурс вариатора ограничен даже при аккуратной эксплуатации и спокойной манере езды пробегом в 120 – 150 тыс. км. Это обстоятельство необходимо учитывать при приобретении машины с CVT вторичном рынке.

Плюсы и минусы «коробки» вариатор

Сам принцип работы вариатора определяет преимущества автомобилей с CVT:

  • исключительная плавность разгона, недостижимая никакими другими видами ступенчатых трансмиссий (в том числе в самых современных разработках автоматических коробок передач);
  • топливная экономичность: в CVT отсутствуют потери на переключение передач, и, значит, мощность двигателя используется с максимальной эффективностью в смысле потребления топлива. Правда на практике оказывается, что экономию топлива в автомобилях с вариатором по сравнению с машинами, оборудованными современными АКПП ощутить затруднительно;
  • более быстрый разгон – по времени разгона вариаторы особого преимущества не дают, но в сочетании с плавностью набора скорости создают яркие впечатления от процесса ускорения.
  • ограниченный ресурс устройства – в несколько раз меньший, чем у автомобилей с механической коробкой передач;
  • низкий уровень ремонтопригодности: отремонтировать вариатор можно далеко не везде, так как настоящих специалистов по CVT сравнительно немного. К тому же запасные части к вариаторам (в особенности привод) стоят дорого;
  • не дешёвое техническое обслуживание – замена масла (а это 5-6 литров специального масла) каждые 60 тыс. км пробега и приводного ремня (100 тыс.км).

Видео: стоит ли покупать машину с коробкой-вариатором

Что такое cvt в автомобиле

Что такое вариатор в автомобиле, и для чего он нужен

Вариатор является относительно новым видом КПП, используемой в автомобиле, постепенно завоевывающей популярность даже у очень консервативно настроенных владельцев легковых ТС. Это устройство отличает простота и удобство. Тем не менее полностью избавить его от недостатков так до настоящего времени и не удалось.

Давайте разберемся, что собственно такое вариатор, установленный на автомобиле.

Что такое непосредственно коробка передач

Любая коробка (как автоматическая, так и механическая) нужна для переключения передач. Проще говоря, она является управляющим узлом трансмиссии, обеспечивающей коррекцию крутящего момента.

На сегодняшний день автомашины поставляются на рынок с самыми разными КПП:

  • автоматические;
  • механические;
  • роботизированные;
  • вариаторные.

Последние (их еще именуют сокращенно CVT) – не совсем новый вид трансмиссии. Первый прототип был испытан в 1959-м, но, в связи с отсутствием средств, обеспечивающих решение ряда чисто технических моментов, распространения он так и не получил. Об идее вспомнили лишь в 1984-м, и с тех пор рассматриваемую КПП стали довольно активно использовать.

Конечно, вариатор сильно уступает по популярности автоматической коробке передач, но свою нишу рынка он занял прочно, и на сегодняшний день доля автомашин, снабженных CVT, уверенно удерживается в пределах 25-27 процентов.

Читайте также:Что такое транспондер на платной дороге: правила пользования

Каков принцип действия у вариатора

Основная отличительная особенность рассматриваемой коробки – усилие передается плавно, то есть привычного нам ступенчатого переключения здесь не предусмотрено. Благодаря этому скорость вращения колес изменяется легко и более точно.

Эффективное бесступенчатое ускорение обеспечивают вариаторы двух основных типов:

  • тороидный;
  • клиноременный.

В последнем случае передача усилия производится через шкивы, соединенные гибким ремнем. Первый из них ведущий, и он непосредственно связан с мотором, второй объединяется с колесами.

В тороидном вариаторе передаточное число меняется с помощью специальных роликов, зажимаемых валами, находящимися на единой оси. Общее отличие рассматриваемой КПП – двигатели внутреннего сгорания в процессе функционирования практически не перегружаются.

Конструктивные особенности

В машинах массового производства по большей мере используются клиноременные КПП. Они состоят из:

  • гидротрансформаторного (реже центробежного, многодискового или электромагнитного) сцепления;
  • ремня (либо цепи);
  • шкивов;
  • управляющего механизма.

Главным элементом коробки выступает именно ремень. Он металлический и состоит из несколько полос стали состыкованных специальными профилированными деталями, придающими ему форму клина.

Главная пробелам вариатора – его ведомый вал не может вращаться в реверсном направлении. Из-за этого в конструкцию коробки добавили планетарную передачу, позволяющую машине двигаться задним ходом. Данный элемент серьезно усложнил КПП, но без него она нормально функционировать не смогла бы.

Читайте также:Что такое круиз-контроль в автомобиле, и для чего он нужен

Управляющий узел вариатора всегда электронный – он полностью отвечает за работу коробки:

  • следит за одновременной сменой диаметров шкивов;
  • активирует сцепление;
  • включает механизм реверсного вращения.

Недостатки и достоинства вариатора

Задумываясь, покупать ли машину, снабженную вариаторной КПП, следует объективно понимать, в чем ее преимущества перед другими моделями. Плюсы следующие:

  • возможность плавно набирать скорость (характерная особенность – полное отсутствие рывков);
  • короткий разгон;
  • высокая контролируемость, что обуславливает комфортность управления;
  • экономичность (не только дизельный, но и бензиновый мотор потребляет заметно меньше топлива).

Основные недостатки вариатора таковы:

  • ремонт достаточно сложный и дорогой;
  • эксплуатация должна производиться строго в рамках дозволенного;
  • невозможность использования в паре с силовыми установками большой мощности;
  • необходимость регулярного контроля состояния смазки и ее своевременной замены.

Эксплуатация и уход

Снизить вероятность возникновения неполадки (и, соответственно, отсрочить ремонт) удастся лишь при условии точного соблюдения рекомендаций производителя автомашины. Все нужные инструкции приводятся в сервисной книжке, потому ее следует внимательно прочесть перед тем, как садиться за руль ТС с вариатором.

Самое важное – постоянно следить за количеством смазки и ее общим состоянием. Нехватка трансмиссионного масла приводит к очень резкому сокращению срока эксплуатации коробки.

Весьма чувствительны вариаторы и к качеству смазочных материалов. По этой причине необходимо использовать композиции лишь проверенных брендов. Основные требования к маслу включены в сервисную книжку.

Ни в коем случае не пытайтесь производить замену смазки самостоятельно, если подобное производитель не предусматривает. Впрочем, в любой ситуации данная процедура требует высокого профессионализма, а конструктивные особенности вариаторов делают практически невозможным ее осуществление в кустарных условиях.

Лучше вариатор или все же автомат

Невзирая на ряд достаточно существенных недостатков, вариаторные коробки считаются наиболее совершенными из всех поставляемых на рынок. Их надежность по достоинству оценена сотнями тысяч автолюбителей по всему миру. По мнению специалистов, в ближайшие годы рассматриваемыми КПП будет снабжаться большинство новых автомобилей.

Покупая авто с вариатором, необходимо обратить внимание на ряд особенностей:

  • такие транспортные средства не подходят для людей, привыкших к агрессивному вождению;
  • нежелательно длительное время передвигаться на очень высокой или, напротив, слишком низкой скорости;
  • КПП плохо переносит большую жару и сильные морозы;
  • буксировка ТС производится исключительно при включенном двигателе, а само оно не может использоваться в качестве тягача;
  • коробка плохо выдерживает езду по пересеченной местности.

С автоматом, как нетрудно убедиться, подобных проблем никогда не случается.

Труднее всего приспособиться к вариатору владельцам автомашин, оснащенных механическими коробками.

Что такое вариатор в машине: плюсы и минусы

Совсем недавно бесступенчатая коробка передач считалась чем-то диковинным, а сейчас ее устанавливают во многих современных моделях автомобилей. Все чаще вариатор присутствует в модельном ряде таких гигантов автопрома с мировым именем как Ауди, Ниссан, Тойота, Хонда, Мицубиси и многих других. Придумано это устройство было очень давно, но до сих пор никому не удалось доработать его полностью. Однозначно оценить работу данной АКПП нельзя, так как, по мнению пользователей, она имеет как плюсы, так и минусы. Давайте подробней рассмотрим, что же из себя представляет вариатор, а также его положительные и отрицательные стороны в работе.

Как устроен вариатор

Внешне автомобиль с вариатором ничем не отличается от автомобиля с обычной автоматической коробки передач. Ведь и у классической коробки передач, и у вариатора рычаги одинаковы, более того, и режимы трансмиссии абсолютно идентичны. А вот принципы работы различны, вариатор не имеет четко установленного количества передач, их множество и они постоянно варьируются. Именно отсюда и происходит само название данного устройства. Благодаря этому при трогании с места и при перестройке механизма с одних оборотов на другие не присутствуют толчки и дерганья машины. В процессе того, как автомобиль разгоняется и замедляется, вариатор плавно меняет передаточное чисто оборотов.

Как работает вариатор

Стандартная коробка с передачами работает за счет шестеренок, которые изменяют и передают движения от двигателя к колесам. Из-за этого при переключении передачи водитель авто отчетливо чувствует толчки. Особенно это заметно при сильном ускорении. Вариатор же не имеет четко установленного количества передач, а значит и принцип работы у него другой. Самым распространенным является вид, работающий на системе шкивов, такое устройство имеет великое множество передач.

Если брать в общем, то любой вариатор работает по принципу рычагов. Для того чтоб лучше понять как это происходит, давайте представим себе два вала с конусообразными наконечниками, имеющие разное направление. Дальше валы соединяем ремнем или цепью, и поместим их так, чтобы была возможность их перемещения по оси, а связующий ремень должен оставаться в одной плоскости. Получившуюся конструкцию вполне можно считать простейшим вариатором, при этом один будет ведущим, а второй ведомым.

Смещая ведомый вал чуть назад, можно добиться уменьшения изгиба соединительного ремня благодаря наконечнику конусообразной формы, если же сместить ведущий, то наоборот только увеличим его, но уже вокруг другого вала. Проделав эти не сложные эксперименты, мы увидим, что при таком стечении обстоятельств ведущему валу нужно сделать всего два оборота, чтоб ведомый сделал десять. Из этого следует, что машина будет ехать достаточно быстро при одинаковом числе оборотов.

Если же сместить их вперед, то ведущий прокрутится десять раз, а ведомый только два. Это позволит транспортному средству преодолеть более сложные нагрузки.

Работа вариатора практически невозможна без бортового компьютера, который будет регулировать перемещения шкивов при изменении нагрузок на двигатель.

Основные составляющие вариатора

Вариатор состоит из множества различных датчиков, важнейшими его комплектующими являются:

  1. Суперпрочный ремень или цепь с высокими показателями мощности.
  2. Два конусообразных шкива на ведущем валу, обращенных друг к другу.
  3. Два конусообразных шкива на ведомом валу, обращенных друг к другу.

Бесступенчатость делает вариатор идеальным вариантом АКПП.

Плюсы и минусы вариатора

Растущая популярность вариаторов объясняется очень легко, лишь они имеют ряд таких преимуществ:

  • полное отсутствие рывков при переключении передач, очень плавная езда;
  • почти полное отсутствие замедления, даже при поднятии на возвышенность;
  • у вариатора динамические показатели лучше, чем у классической коробки передач;
  • значительно меньшее количество вредных выбросов;
  • вариатор значительно легче, чем АКПП;
  • экономия топлива.

Минусами этого устройства являются:

  • быстрая изнашиваемость ремня, его обычно меняют каждые 50-60 тысяч км;
  • вариатор не следует использовать в тяжелых дорожных условиях, его конструкция может просто не выдержать;
  • достаточно малый срок службы, обусловленный особенностями конструкции;
  • большинство сервисных центров отказываются от ремонта вариаторов, а сразу же предлагают его заменить;
  • эффект «задумчивости» при переключении передач, который длиться 1-2 секунды.

На вопрос, что лучше вариатор или обычная АКПП нельзя ответить однозначно. У каждого варианта свои достоинства и недостатки.

Что такое вариатор в автомобиле, и как он используется

Автомобильный рынок не стоит на месте, с каждым годом инженеры данной отрасли выпускают в свет все больше новинок. Нововведения коснулись и привычной для всех коробки переключения передач (КПП).

Многие автолюбители, которые следят за данной отраслью, уже давно слышали о таком понятии, как бесступенчатый вариатор. Стоит отметить, что свои истоки указанное устройство берет еще с середины ХV века, но то, что мы видим сейчас, сконструировано буквально 70 лет назад. Первой, кто представил автомобиль, оснащенный вариатором, стала компания DAF, следом эстафету переняли Volvo, ну а потом уже все остальные.

Сегодня мы узнаем, что же такое вариатор на автомобиле.

Вариатор и его отличия от других трансмиссий

Самым заметным отличием вариатора от механической и автоматической коробки передач является неограниченное количество передач. Но стоит отметить, что это еще не все, чтобы ответ на вопрос был более ясен, необходимо немного изучить устройство двигателя.

Главным минусом механической трансмиссии выступает фиксированное количество передаточных чисел, которых часто при движении недостаточно, не исключением в этом вопросе является даже езда по ровной дороге. Именно эта проблема, с определенным количеством ступеней, которые не позволяют ровно управлять автомобилем, и стала толчком для конструирования вариатора. Данное изобретение позволило переключать передачи трансмиссии без рывков, то есть совершать бесступенчатое ускорение.

Основным отличием вариатора от автомата является плавная езда, а также возможность набирать скорость без шума и переключения передач. Не нужно забывать и о том, что управлять транспортным средством, которое имеет данную конструкцию, намного проще. Такой автомобиль – отличная находка для начинающих автомобилистов, которые, сев за руль, сталкиваются с тем, что машина глохнет от рывкового управления.

Что необходимо знать, чтобы управлять вариатором – принцип действия

Стоит отметить, что водителям, любящим слышать рев мотора при разгоне, вариатор никак не подойдет потому, что даже если опустить педаль газа в пол, скорость наберется молниеносно, но характерного звука не будет.

Но, если вы как раз за то, чтобы ездить плавно и бесшумно, то вариатор – это именно ваш вариант. Чтобы не перепутать транспортные средства с такой коробкой передач, ей было присвоено международное название CVT.

Читайте также: Как выбрать видеорегистратор для автомобиля и лучшие варианты 2018 года

Конструкция вариатора довольно проста, и состоит из следующих частей:

  • непосредственно вариатор;
  • зажимное устройство;
  • аппарат для передачи реверса;
  • процессор с исполнительным устройством.

Автоматическим сцеплением в таком варианте выступает несколько устройств:

  • центробежные;
  • мокрые многодисковые;
  • электромагнитные;
  • гидротрансформаторные.

Службу вариатора обеспечивает электронный блок, который непосредственно отвечает за управление сцеплением и изменением передаточного отношения между валами вариатора, ведет контроль планетарного редуктора и обеспечивает действие реверсивного аппарата.

Данный блок получает данные от многих датчиков, а значит, его работа связана напрямую с показателями двигателя, давлением в шинах и прочей информацией. Именно обработка всех этих показателей позволяет вариатору самостоятельно устанавливать нужную передачу.

Единственным нюансом, который несколько уменьшает огромные преимущества, является отсутствие автоматического заднего хода, но для этого вариатор оснащен планетарным редуктором.

Разновидности устройства

На данный момент на авторынке представлено несколько видов вариаторов:

  • клиноременной;
  • клиноцепной;
  • тороидный.

За и против данного устройства – на что ориентироваться

Стоит сказать, что хоть инженеры машин описывают все красочно, однако и это устройство имеет ряд недоработок:

  • устройство недопустимо устанавливать на автотранспорт с большой мощностью;
  • его ремонт стоит очень больших денег;
  • на деятельность вариатора влияет множество преобразователей, и если один из них поломается, то это может разрушить всю систему;
  • вариатор несет большую нагрузку на трансмиссию;
  • аппарат работает при наличии специальной жидкости, уровень которой нужно постоянно контролировать;
  • при установленном вариаторе существует ряд ограничений для буксировки.

Однако плюсы настолько велики, что многие автолюбители закрывают глаза на вышеперечисленные недостатки:

  • удобство при передвижении;
  • плавное и тихое движение;
  • экономия топлива;
  • меньшее количество выхлопных газов;
  • исключение пробуксовки;
  • электронное управление позволяет уменьшить количество ремонтов.

Как вы успели заметить, вариатор довольно выгодно выглядит на фоне механической и автоматической коробки передач. Причем на авторынке все появляется больше и больше усовершенствований в данном вопросе.

Что такое вариатор (CVT)?

Вариатор — один из типов бесступенчатой трансмиссии Continuously Variable Transmission, CVT). Он является альтернативой автоматической коробке передач. У вариатора есть свои плюсы и минусы по сравнению с АКПП и все больше автомобилей в России появляется с трансмиссией, которая использует этот вариант передачи крутящего момента. Он заслужил как похвалу так и нарекание владельцев автомобилей.

Несмотря на то, что технология передачи крутящего момента, на которой основана работа вариатора, была изобретена еще в Средние века, автомобили, оснащенные этим устройством пока не захватили большого рынка. Система остается еще достаточно новой и ни один из ведущих автопроизводителей не смог пока завоевать симпатии покупателей с помощью модели, использующей использование этого устройства в сердце трансмиссии.

Эта статья призвана объяснить, почему несмотря на ряд очевидных достоинств, система не получила широкого распространения, ответить на некоторые из вопросов, связанных с особенностями работы вариатора в обычном автомобиле, плюсами и минусами его использования по сравнению с планетарными АКПП или МКПП. Что же это за вопросы?

  • В чем состоит отличие вариатора от обычной планетарной коробки передач?
  • Из чего состоит вариатор, каков принцип его работы?
  • Каковы недостатки вариатора в сравнении с традиционными “автоматами”?
  • В чем особенности управления автомобилем с вариатором, каковы впечатления от вождения такого автомобиля?
  • Какие модели автомобилей уже поставляются с CVT?
  • Где еще кроме автомобилей может быть использован принцип бесступенчатой передачи крутящего момента?

В чем же заключаются различия бесступенчатой трансмиссии и традиционной планетарной коробки передач?

История автомобильного вариатора:

  1. 1490 — Леонардо да Винчи опубликовал эскизы устройства, предназначенного для бесступенчатой передачи крутящего момента
  2. кон. XIX — нач. XX века — вариаторы начинают активно применяться в приводах промышленного оборудования, швейных машинах, велосипедах.
  3. 1958 — автомобилестроительная компания Daf (Нидерланды) выпускает модель микролитражки 600, оснащенной вариатором. В 70х годах Daf становится частью концерна Volvo, инженеры которого смогли немного усовершенствовать это устройство. Благодаря их наработкам запас прочности вариаторов достиг 30 тыс. км. Этого оказалось мало, проект развивать дальше не стали.
  4. конец 90х — Subaru выпускает модель автомобиля Kei cars, которая была оснащена вариатором с гидравлическим управлением и стальной цепью.
  5. конец 2000х — первая массовая модель Honda — кроссовер HR-V (1999 г). Через несколько лет вслед за Хондой подтягиваются и другие производители — Nissan, Audi
  6. 2005-2014 — ряд иномарок снабжаются вариаторами

Как работает АКПП?

Для начала давайте разберемся с принципом работы автоматической коробки передач.

Работа такой трансмиссии состоит в изменении соотношения передач между двигателем и колесами в автоматическом режиме. Без КПП автомобили бы имели только одну передачу, скорость зависела бы только от оборотов двигателя.

Представьте себе автомобиль только с первой передачей. Такая машина здорово взбирается на крутую горку и хорошо стартует с места. Вот только скорость будет ограничена — быстрее никак.

Автомобиль только с третьей передачей будет ездить со скоростью около сотни километров час по дороге, но стартовать с места или подняться круто в гору для него может оказаться проблемой.

Трансмиссия использует ряд передач — от низкой к высокой, чтобы эффективно использовать крутящий момент двигателя автомобиля. Если водитель сам переключает передачи, то коробка передач называется механической. Если участия водителя не требуется — то коробка передач называется автоматической.

В традиционной АКПП для изменения соотношения крутящего момента используется система шестерней разного размера и типа. Блокируя вращение отдельных элементов системы можно добиваться различного соотношения крутящих моментов вала двигателя и оси колеса. Благодаря этому можно получать от 4 до 8 передач переднего хода и одну передачу заднего. При переходе от одной передачи к другой, водитель может почувствовать рывки, особенно при быстром ускорении.

Как работает вариатор?

В отличие от описанной выше схемы с шестернями, вариатор не имеет какого-то фиксированного количества передач. Эта технология относится к бесступенчатым трансмиссиям(CVT), и наряду с другими видами таких трансмиссий производит плавное, бесступенчатое изменение соотношения крутящих моментов. Распространен тип вариатора, работающий на системе шкивов, позволяющих плавно изменять радиус кривизны передаточного ремня, накинутого на шкив. Тем самым мы добиваемся плавного изменения передаточного числа (см. картинку ниже).

В основе работы лежит принцип рычагов. Два вала — ведущий и ведомый расположены рядом и направленны в противоположные стороны (параллельно друг другу). На концах валов находятся конусы, которые сужаются в противоположных направлениях. Если перекинуть через конусы ремень или цепь и сделать так, чтобы можно было перемещать валы вдоль их оси друг относительно друга так, чтобы ремень оставался все время на одном уровне, то мы получим простейший вариатор.

Как это работает? Так как наконечники конусообразные, то при смещении валов, передаточный ремень смещается вдоль оси конуса и радиус его изгиба становится больше или меньше. Если, например, радиус изгиба ремня, перекинутого через шкив ведомого вала уменьшать, а ведущего — увеличить, то меньшему количестве оборотов ведущего будет соответствовать большее количество оборотов ведомого в единицу времени. Если число оборотов ведущего не менялось, то автомобиль ускоряется. Это позволит нам разгонятся на дороге.

Наоборот, если сместить валы так, чтобы, увеличить радиус закругления ведомого вала и уменьшить радиус закругления ведущего, то большему количеству оборотов ведущего вала будет соответствовать меньшее количество оборотов ведомого вала. Так мы сможем тронуться с места или заехать круто в гору.

В реальных машинах каждый из валов имеет по два конусообразных шкива. Вершины конусов обращены друг к другу. Между шкивами закреплен также конусообразный в сечении ремень.

На картинке видно, как меняется зазор между шкивами и радиус изгиба ремня. За счет этого изменения радиуса меняется и передаточное число между двигателем и колесами машины.

В традиционных АКПП планетарного типа очень много элементов — шестерни различных типов, муфты, тормоза, масляные каналы, “водило”. По сравнению с ними, вариаторы имеет очень простое устройство. Большинство современных вариаторов содержат три основных элемента:

  • мощная цепь или сверхпрочный резиновый ремень
  • два конусообразных шкива на ведшем валу
  • два конусообразных шкива на ведомом валу

Да, конечно, ничего не заработает без системы датчиков и системы управляющих устройств. Главным из устройств управления является бортовой компьютер, который определяет оптимальное положение шкивов, опираясь на данные о скорости и нагрузке автомобиля.

Каждый шкив представляет собой два 20-градусных конуса, которые обращены друг к другу. Ремень входит паз, образованный боковыми поверхностями конусов. Ремень в поперечном разрезе клиновидный. Это позволяет увеличить площадь соприкосновения с поверхностью шкивов и, следовательно, трение.

Когда расстояние между конусами шкива большое — ремень входит глубоко в паз и радиус его петли мал. Если сблизить конусы, то ширина и глубина паза, образованного их сторонами уменьшаются, и ремень поднимается. Радиус изгиба ремня при этом становится больше. Чтобы управлять расстоянием между конусами, в разных моделях вариаторов используются различные технологии — давление гидравлики, пружины, центробежная сила.

Ведущий шкив, соединенный с валом двигателя называют “входным” (кинетическая энергия двигателя “входит” в него.

Расстояние от ремня до центра шкивов, где проходит этот ремень, называется радиус основного тона. Когда шкивы расходятся, радиус основного тона уменьшается. Когда шкивы сближаются, радиус основного тона увеличивается.

Бортовой компьютер с помощью специального механизма управляет отношением радиусов основного тона на ведущем и ведомо шкивах. Он сдвигает валы таким образом, чтобы ремень все время оставался натянутым. Когда один шкив увеличивает радиус основного тона, то второй уменьшает и ремень не провисает. Сдвиг происходит синхронно. Так как шкивы меняют свои радиусы друг относительно дуга плавно, то мы получаем бесконечное число передаточных чисел (в определенном рабочем диапазоне, разумеется). Этот рабочий диапазон определяется соотношением максимального и минимального радиусов шкивов.

Если радиус основного тона мал у ведущего шкива и большой у ведомого, то скорость вращения ведомого шкива уменьшается. Получается, что на несколько оборотов ведущего вала приходится один оборот ведомого — автомобиль стартует или поднимается в гору на низкой передаче. Если, наоборот, мал радиус основного тона у ведомого шкива, ау ведущего — большой, то одному обороту ведущего вала соответствуют несколько оборотов ведомого и автомобиль едет с большой скоростью на высокой передаче.

Как устроен передаточный ремень?

Долгое время, основным сдерживающим фактором для повсеместного распространения вариаторов в автомобилях был низкий запас прочности передаточного ремня. Первые серийные модели с вариатором были микролитражками не случайно — на небольших машинах стоят менее мощные двигатели, ремень испытывает меньшие нагрузки. Но, даже после ряда усовершенствований запас прочности ремня вариатора оставался на уровне 30 тыс. км, после чего его необходимо было менять. Для сравнения, ресурс АКПП планетарного типа может достигать сотен тысяч км.

Как же сейчас удается создавать передаточные ремни достаточно прочные для того, чтобы автомобиль, оснащённый вариатором мог конкурировать на рынке с автомобилями, использующими традиционные АКПП.

Во-первых, инженерам пришлось избавиться от резины. Материал этот все же недостаточно прочен, нужна сталь. Чтобы добиться гибкости, сравнимой с резиной, ремень приходится делать сборным. Он состоит из тонких стальных полос (обычно от 9 до 15), скрепленных множеством металлических пластин (см. изображения ниже).

Изготовленные таким способом клиновидные ремни имеют ряд преимуществ перед резиновыми — они не растягиваются и не скользят и намного тише, чем резиновые.

Кроме этого, металлические ремни имеют очень высокую прочность на разрыв, что позволяет устанавливать вариаторы совместно с двигателями, имеющими очень высокий крутящий момент (например, на внедорожниках).

Как работает тороидальный вариатор?

На первый взгляд тороидальный вариатор имеет мало общего с описанной выше схемой — нет ременной передачи и подвижных шкивов, валы не двигаются друг относительно друга…

Но на самом деле основные части те же самые. Инженеры смогли избавиться в конструкции от некоторых деталей, но принцип действия и результат не изменился.

  • Ведущий диск подключается к двигателю
  • Ведомый диск соединяется с приводным валом
  • Ролики, расположенные между дисками передают движение с ведущего диска на ведомый, изменяя передаточное число.

Ролики имеют две степени свободы. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и могут наклоняться при этом вверх-вниз в вертикальной плоскости. Это позволяет им касаться дисков в различных областях.

Принцип работы тороидального вариатора.

Достоинства и недостатки использования вариатора:

Вариаторы набирают популярность у производителей. Они имеют ряд преимуществ перед традиционными КПП — плавное изменение скорости, лучшая реакция на изменяющиеся условия движения и т.д. Более подробный список приведен в таблице ниже.

Но, если бы вариатор не имел и недостатков, то уже давно бы вытеснил традиционные планетарные АКПП. Почему же этого до сих пор не произошло?

  1. Ремень вариатора достаточно быстро изнашивается и требует регулярного обслуживания. Общий срок службы вариаторов невысок.
  2. Ремень вариатора из-за своей конструкции не очень хорошо подходит для больших нагрузок. Эта особенность выходит на первый план, если речь идет об автомобилях, предназначенных для пересеченной местности
  3. Некоторые дилеры отказываются ремонтировать вариатор в случае поломки, предпочитая заменять весь модуль целиком. А это может оказаться недешево — до 40% стоимости автомобиля.
  4. Для переключения передачи требуется некоторое время (1-2 сек.), что для некоторых водителей непривычно и некомфортно
  5. Для КПП такого типа нужно специальное масло (они должно одновременно и обеспечивать сцепление ремня с поверхностью шкивов, и защищать трущиеся детали от износа). Если масла станет мало или оно окажется не предназначенным для вариатора, то он быстро сломается.
  6. Корректная работа вариатора сильно зависит от работы большого количества электронных приборов — показаний датчиков и работы бортового компьютера, управляющего трансмиссией. выход из строя одного из них способен вызвать сбой работы вариатора.

Производители в курсе болевых точек вариаторов и непрерывно работают над его усовершенствованием. Процент отказов современных вариаторов не выше, чем у классических АКПП. Большинство технических проблем, серьезно ограничивающих его распространение сняты вот уже как 4-5 лет. Но остались психологические. Первые “пробы пера”, когда производители только выходили на рынок с массовыми моделями, оснащенными CVT ударили по имиджу вариаторов. У многих водителей есть предубеждение, что вариатор — это ненадежно, хотя это и не так. У него есть своя специфика в работе и при эксплуатации автомобиля, оснащенного вариатором, нужно эту специфику учитывать.

На спортивных имиджевых моделях добавляется еще один забавный фактор. Бесшумность работы играет с вариатором злую шутку — клиенты, которые ждут рева мощного движка своей спортивной машины… не слышат на большинстве режимов этого рева. Производители с помощью различных ухищрений вынуждены эмулировать такой шум двигателя, в частности передавать через акустическую систему в салон.

http://unit-car.com/ustroystvo/275-chto-takoe-variator.html
Источник http://piter-at.ru/raznoe/chto-takoe-cvt-v-avtomobile.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *