Что нужно знать о вариаторе?

История вариатора

Автомобиль, скорость которого зависела бы исключительно от скорости вращения двигателя, был бы крайне неудобен в эксплуатации. Представьте, что в машине имеется только одна передача, например, первая или третья. В одном случае вы бы смогли ехать довольно быстро, но автомобиль бы долго разгонялся и медленно ехал в гору. В другом все было бы с точностью до наоборот – легкий старт, но крайне медленная скорость движения. Из-за таких трудностей и была разработана первая механическая трансмиссия.

Время шло, и каждый автопроизводитель пытался упростить управление машиной (всем прекрасно известно, какие трудности у некоторых водителей вызывает МКПП). В ходе таких изысканий и была разработана сначала автоматическая коробка, затем робот, ну и, наконец, вариатор, имеющий бесконечное число передач.

Что такое вариатор?

Если робот, по сути, является той же самой механикой с той лишь разницей, что выжиманием сцепления и переключением передач занимается электроника, то коробка CVT (она же вариатор) кардинально отличается от своих собратьев.

Основная особенность CVT в том, что она подстраивается под требуемые условия и непрерывно вычисляет нужное передаточное число. Таким образом, в автомобиле с установленным вариатором имеется бесконечное количество передач. Такая особенность позволяет значительно экономить топливо и оптимизировать энергозатраты.

Бесступенчатые трансмиссии бывают двух видов:

• Клиноременные (устанавливаются на 90% машин с таким типом коробки);
• Тороидальные.

Принцип работы клиноременной КПП

Если говорить простым языком, устройство работает следующим образом. Существует два шкива: один ведущий, подключающийся к силовому агрегату, другой – ведомый, подключаемый к приводам колес. Валы соединяются ремнем или цепью.

Шкивы не литые, а сделанные из двух конических половинок, которые могут сходиться и расходиться, изменяя диаметр этой конструкции.

Принцип работы довольно простой: допустим, наш автомобиль «трогается» с места и ему нужно больше сил. Чтобы снизить нагрузку на мотор, конусы на ведущем вале расходятся, и он уменьшается в диаметре. Ведомый шкив, наоборот, должен быть максимального диаметра, поэтому его конусы сводятся. Таким образом, двигатель совершает оптимальное количество оборотов в каждом конкретном случае, что снижает нагрузку на него.

При повышении скорости, соответственно, изменяются и диаметры шкивов – ведущий увеличивается, а ведомый уменьшается. Все это необходимо для стабилизации работы силового агрегата, а также для уменьшения тягового усилия.

Изменением диаметров на каждом из шкивов занимается электронная система, получающая данные из бортового компьютера и ЭБУ.

Плюсы такого варианта в более низкой стоимости и в простоте конструкции, из-за чего цена трансмиссии чуть ниже, чем на другие типы вариаторов.

Клиноременный вариатор и его устройство

Клиноременный вариатор является наиболее известным, по этому предлагаю начать именно с него. Он снабжен ведомым или клиновидным ремнем и шкивом. Этот вид коробки бесступенчатой не откликается на нагрузки, а его работа зависит от числа оборотов аппарата. Например, если подниматься под гору, нагрузка заднего колеса автоматически увеличится, однако, ЧП не изменится. Большинство специалистов считают такой параметр недостатком клиноременного вариатора.

Ремни этого типа называют клиновидными из-за того факта, что они в разрезе имеют форму трапеции и вклиниваются в шкив боковыми деталями. При изнашивании этих боковинок, ремень способен еще глубже вклиниваться в шкив, что делает сцепку такой же качественной.

На клиноременном вариаторе передаточное число модифицируется посредством связанной работы ведущего и ведомого шкивов. Если говорить иными словами, то элементы ведущего шкива, вращаемого коленчатым валом, пластично и ровно сжимаются, тем самым, выталкивая ремень дальше от центра. При такой процедуре, ведомый шкив способен разжиматься и ремень, мягко утопая в нем, приближается к центру. Следовательно, передаточное число меняется от коленвала и направляется к заднему колесу.

Ведущий и ведомый шкив отличаются тем, что на первом вместо роликов бывает установлена пружина.

Что касается принципа работы клиноременного типа вариатора, то его также можно объяснить способом двух однотипных карандашей. Для этого, необходимо поставить их на столе параллельно друг другу. Далее, следует стянуть их резинкой, а потом покрутить один из них. Несомненно, второй предмет начнет крутиться одновременно с ним и, что интересно, с такой же скоростью. Однако, если у карандашей диаметр сечения будет разным, ситуация не повторится.

Карандаши разного диаметра все таки будут вращаться, но немного иначе. Пока карандаш большого сечения сделает один оборот, тот, что поменьше, успеет сделать два.

Похожий с карандашами принцип действия, имеют и различные вариаторы. Однако, как уже было сказано выше, клиноременные типы устройства имеют два шкива, которые изготовлены в виде конусов, из-за чего у вариатора все время меняется диаметр карандашей. Обычно, шкивы обращены друг к другу своими концами, а ремень зажимается между ними.

При относительном взаимном перемещении, шкивы очень похожи на карандаши, которые все время меняют свой диаметр. Эти шкивы зачастую снабжены системой гидравлики, хотя иногда подключают и сервопривод. В результате этого, половинки обеих шкивов синхронно раздвигаются и сдвигаются. В случае, если один расположен на ведущем валу, идущим от двигателя, а второй из них — на ведомом, который идет к колесам, перемена ПЧ произойдет намного шире.

Кроме того, вариаторы этого типа иногда снабжают устройством, отвечающим за перемену направления вращения вала, когда включена задняя передача.

Устройство клиноременной коробки CVT

Поскольку тороидальный вариант достаточно дорог в производстве и применяется только на премиумных автомобилях, имеет смысл рассказать об устройстве только клиноременного типа.

Как и робот, вариатор устанавливается либо продольно, либо поперечно. Основные его компоненты:

• Система сцепления. Простейшее устройство, предназначенное для соединения двигателя с трансмиссией и, при необходимости, ее отключения (так называемая «нейтралка»).
• Гидротрансформатор, использующийся также и в обычной АКПП.
• Валы с изменяющимися конусами.
• Ремень или цепь для их соединения. Кстати, оба компонента изготавливаются только из прочных металлов, поскольку на них приходится большая нагрузка.
• Масло, применяющееся для снижения трения между валами, а также для нагнетания давления.
• Насос, создающий то самое давление. Оно необходимо для правильной работы конусных частей. Иногда он может отсутствовать (в таких случаях за изменение диаметра шкивов отвечает либо гидравлика, либо пружина).
• Гидроблок, выполняющий функцию подачи масла по различным каналам к обоим шкивам. Кстати, если при работе вариатора возникают различные толчки или пробуксовки, чаще всего это свидетельствует о поломке гидроблока.
• Система фильтров, не позволяющая масляным каналам забиваться отложениями и металлическим мусором.
• Радиаторы, отводящие тепло от коробки передач. К сожалению, без них такая трансмиссия довольно быстро перегревается, особенно во время пробуксовки или езды по бездорожью.
• Электронная система управления, получающая команды от ЭБУ и изменяющая диаметр каждого из валов в зависимости от скорости и нагрузки.
• Устройство, отвечающее за включение реверсного хода.

Тороидный вариатор, устройство и принцип работы

Такой вариатор вместо шкивов и ремней оснащен роликами и колесами. Такая система немного другая, но, по сути, все ее элементы выполняют точно такие же функции, как и клиноременный тип вариатора, а также, дают один результат — постоянное изменение трансмиссии.

Работает тороидный вариатор по следующей схеме. Один диск соединяется с мотором, а второй — с валом кардана. Первым диском является ведущий вал, а другим — ведомый. Между дисками находятся ролики и колеса ( а не ремень ), передающие друг другу мощность.

Колеса вращаются вокруг двух валов — горизонтального и вертикального. В результате этого, колеса соприкасаются с дисками в разнообразных областях. При соприкасании колес возле центра с ведущим диском, они контактируют около обода с ведомым, это увеличивает крутящий момент и снижает скорость. Это и называют высокой передачей или овердрайвом.

Что такое тороидальный вариатор?

Работа тороидальной коробки передач вариатора производится за счет роликов зажатых меж валами. Такие колесики имеют тороидальную форму (собственно, поэтому КПП так и называется).

Устройство тороидального вариатора

Изменение передаточного числа осуществляется за счет увеличения и уменьшения контактных поверхностей между валами и роликами. При максимальной тяге зажимы обращены в сторону ведомого вала, что увеличивает трение и, соответственно, снижает количество оборотов. Если нужна скорость – ролики отводятся в другую сторону.

Плюсы этого типа – более высокая надежность и износостойкость.

Несколько слов о масле и фильтрах

Большинство производителей заверяет, что масло в коробку передач вариатора заливается навсегда. Однако этот факт в корне неверен. Наши дороги и погодные условия (снег, дождь, сильные морозы, плохие дороги и пробки) создают повышенную нагрузку на устройство, поэтому фильтры и масло рекомендуется менять каждые 40000 километров пробега.

Если этого не сделать, то на элементах конструкции начнут скапливаться масляные отложения, а фильтр забьется различным мусором. В результате упадет давление в насосе, что приведет к появлению толчков и рывков во время движения, а в особо тяжелых случаях вариатор просто перестанет работать.

Какие ремни используются в клиноременных вариаторах?

Несколько слов скажем и о ремнях. Безусловно, обычные резиновые ремни, устанавливающиеся на привод генератора, применять нельзя. Они рассчитаны на более низкую нагрузку и будут быстро изнашиваться.

В качестве ремня выступает стальная лента со специальным покрытием, либо несколько этих лент со сложным сечением и нанизанными пластинами.

Такие свойства позволяют передавать толкающее усилие не только частью, которая обращена к ведущему валу (в противном случае такой ремень просто сложился бы).

В некоторых автомобилях применяется стальная цепь, смазывающаяся специальной жидкостью для уменьшения эффекта скольжения. Такая конструкция способна передавать большее усилие и рассчитана на высокие нагрузки, однако и стоимость ее немного выше.

Вариатор — принцип действия, 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.

Чем отличается управление машиной с коробкой CVT от прочих?

Если робот (роботизированная трансмиссия) оборудована джойстиком, который и отвечает за включение нужных режимов, то вариатор ничем не отличается от обычной коробки-автомат, к которой мы все привыкли. Тем не менее, одна особенность все же существует. В некоторых автомобилях вариатору можно дополнительно задать режим, при котором не будет изменяться передаточное число (в этом случае устройство превратиться в обычную АКПП). Для некоторых водителей, которые в силу стереотипов не могут грамотно оценивать параметры при разгоне машины, такой вариант предпочтительнее. Дело в том, что при набирании скорости автомобилем с установленной автоматической коробкой двигатель увеличивает обороты постепенно. При работе вариатора силовой агрегат сразу набирает нужную скорость вращения, а далее изменяется только передаточное число. В результате этого мотор звучит чуть громче обычного, а водителю из-за одинакового количества оборотов ДВС трудно проследить динамику.

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.

Плюсы и минусы вариатора

Сравнивать CVT мы будем с автоматической коробкой, поскольку робот, как было сказано выше, является механикой, а другие типы трансмиссии не так популярны.

Основные плюсы CVT:

• Отсутствие толчков и рывков во время движения.
• Двигатель работает с плавным изменением мощности в зависимости от ситуации.
• Фактически бесконечное число передач, что позволяет оптимально расходовать топливо.
• Низкий уровень шума при работе.
• Высокая управляемость и отклик.
• Грамотная оптимизация всех ходовых систем машины.

Теперь о недостатках. Самым главным из них является высокая стоимость ремонта, поскольку конструкция устройства состоит из множества дорогих элементов. Нельзя не сказать и о том, что в нашей стране очень мало сервисных центров, берущихся за такую работу.

Кроме того, в вариатор следует периодически заливать около десяти литров специального масла, необходимого для правильной работы трансмиссии. Такая жидкость стоит достаточно дорого и продается либо в представительствах компании, либо в специализированных салонах. Сами понимаете, что такие салоны есть далеко не в каждом городе. В некоторых случаях для сокращения затрат на ремонт и обслуживание, лучшим выбором будет приобрести контрактный вариатор.

Нужно ли покупать машину с вариатором?

Приобретая авто с данным типом КПП, нужно помнить, что агрессивный стиль вождения приведет к максимально быстрому износу деталей КПП.

В связи с чем, потребуется их замена либо замена всего КПП в целом. Это является довольно дорогостоящей процедурой. Поэтому, для тех, кто предпочитает размеренный стиль вождения и желает экономить на расходе — этот тип коробки передач будет более комфортным.

Плюсы и минусы вариатора

Как любое устройство, вариатор обладает своими плюсами и минусами. Для кого-то преимущества важней негатива, а для кого-то, негативные пункты будут не приемлемы.

Плюсы:

• низкий расход топлива;
• низкий уровень выбросов в атмосферу;
• улучшенная динамика разгона;
• высокая плавность хода;
• являются более надежными чем АКПП;
• имеют сравнительно не высокий вес;
• простая конструкция узла;
• низкий уровень шума.

Минусы:

• не подходит для двигателей с высокой мощностью;
• не желательность вождения в агрессивном режиме;
• наличие большого количества датчиков;
• дорогой смазочный материал;
• редко ремонтируется.