Что такое вариатор: устройство, принцип работы, плюсы и минусы

Вариатор как особый вид АКПП

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

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

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

Устройство вариатора

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

Принцип работы вариатора

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

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

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

Ремень вариатора

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

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

Чем хорош вариатор

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

Минусы вариатора

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

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

Устройство вариатора

С каждым годом в автомобильной отрасли происходят существенные изменения: разрабатываются все новые устройства и аппараты для облегчения вождения и улучшения качества поездки. Постепенно все общепринятые приборы заменяются наиболее удачными изобретениями. Не стала исключением и всеми известная коробка передач.

Если вы страстный автолюбитель, то наверняка не раз сталкивались с названием – бесступенчатый вариатор. Эта новинка наших дней была придумана много лет назад. Еще одаренным Леонардо да Винчи в 1490 году. Но воплотить ее в жизнь смогли только в 1950 годах. Первым легковым автомобилем с такой трансмиссией стала 600-я модель от фирмы «DAF». В ней установили вариатор под названием «Variomatic», затем эстафету перехватила компания «Volvo». Сейчас многие автомобильные компании стали поставлять на рынок свои автомобили именно с такой трансмиссией.

Отличие вариатора от других коробок передач

Механическая коробка (МКПП) имеет пять скоростей, автоматическая (АКПП) – восемь, а вариатор обладает неограниченным количеством передач. Но это не главная разница. Для уяснения ситуации, немного опишем принцип действия двигателя, чтобы понять, в чем удобство использования вариатора.

Итак, в привычных ступенчатых коробках передач есть существенный недостаток – они имеют фиксированные передаточные числа, которых на дороге порой недостаточно. Даже при езде по абсолютно ровной поверхности двигатель должен, разгоняясь преодолевать внешнюю нагрузку – силу инерции, а затем, достигая идеального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он набирает скорость. А после этого передача становится низкой. Для ее повышения необходимо использовать большее количество ступеней, а в коробках передач их заложено определенное количество. Да еще при переходе на каждую из них происходит рывок. Поэтому возникло решение убрать ступени трансмиссии. В результате получили вариатор. Он представляет собой идеальный вариант, в котором смена скоростей происходит плавно без скачков.

Этот аппарат постепенно изменяет крутящий момент на ведомом и ведущем диске. Он начинает свое движение плавно, в отличие от других коробок передач. Авто, оснащенное им, ведет себя так, как будто на нем стоит мощный электродвигатель. Скорость машины увеличивается плавно, без постороннего шума. Из-за того, что вариатору не требуется переключения передач, авто с ним набирает скорость быстрее, чем с другими КПП.

К тому же автомобиль с вариатором намного проще в управлении. С ним под силу справиться даже начинающему автолюбителю, так как такой вид трансмиссии не реагирует на манеру вождения водителя и не способен заглохнуть. Даже при стремительном разгоне двигатель работает очень тихо, по сравнению с другими коробками. Если полностью притопить педаль газа, то произойдет молниеносное ускорение автомобиля без характерного «рычания».

Некоторым не нравиться, что мотор никак себя не проявляет при смене скорости, но это непривычно тем, кто привык ездить на автоматике или спортивных машинах, где «рёв» добавляет адреналина водителю.

Эта трансмиссия обладает большими возможностями, это подтверждает и тот факт, что до 1994 года на гонках болидов Формулы-1 ее нельзя было использовать.

Ведущие автомобильные производители наладили выпуск моделей вариаторов, создаваемых на своем предприятии, а чтобы выделить их из основной массы каждая фирма дала определенное название изобретению. Бесступенчатая КПП «Lineartronic» была разработана Subaru, «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz, Multitronic — Audi, а «Multidrive» — Toyota. Некоторые фирмы выпустили по два варианта вариатора:

• «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan;
• «Ecotronic» и «Durashift CVT» — творения от Ford

Чтобы автолюбителям сразу было понятно, что на машине стоит вариатор ему присвоили обозначение CVT. В ней зашифровано три слова – постоянно изменяющаяся трансмиссия (Continuously Variable Transmission).

Принцип работы вариатора и его устройство

Бесступенчатая коробка плавно изменяет крутящий момент в заданных промежутках регулирования. Это достигается за счет ее особой конструкции, которая состоит из следующих компонентов:

• вариатора;
• механизма сцепления;
• аппарата для передачи реверса;
• процессора с исполнительным устройством.

В качестве автоматического сцепления выступают разные виды устройств. Без них крутящий момент сразу же передавался бы на колёса, а так указанный узел будет отвечать за плавную передачу движения. Сцепление может быть:

• центробежным – технология «Transmatic»;
• мокрым многодисковым – представители «Multimatic» и «Multitronic»;
• электромагнитным — вариатор «Hyper»;
• гидротрансформаторным.

Последний вид применяется на большинстве авто. Он обеспечивает плавную работу двигателя без рывков и продлевает жизнь вариатору. На высоких оборотах входит в режим полного зацепления, при котором исключается проскальзывание. Но часть его мощности может уходить в нагрев. А бывают случаи, что он перегревается, об этом становиться известно по зажигающейся красной лампочке на приборной доске.

Работа вариатора осуществляется с помощью электронного блока. Он отвечает за следующие функции:

• управление сцеплением;
• изменение передаточного отношения между валами вариатора;
• контролирование работы планетарного редуктора;
• обеспечение действия реверсивного аппарата.

К электронному блоку передается информация от множества датчиков. Поэтому его работа взаимосвязана с показателями оборотов двигателя, давления в шинах, ABS и т. д. Сбор информации фильтруется в аппарате, и он автоматически настраивается на нужное передаточное число.

Но вариаторы не могут самостоятельно производить задний ход авто, поэтому для этих целей предусмотрен планетарный редуктор. Принцип действия, которого схож с работой в автоматической коробке.

Водитель при управлении транспортом с CVT проделывает практически те же действия, что и при использовании АКПП. Но они немного упрощаются, он выбирает только режим, а остальное выполняет за него удобное устройство вариатора. Также оно позволяет повторить некоторые манипуляции, возможные в привычных КПП. Например, можно зафиксировать определенное передаточное соотношение. Некоторые водители не чувствуют разгона машины, и потому относят постоянную частоту оборотов коленвала к недостаткам аппарата, но к этому надо привыкнуть и со временем удобство бесступенчатой коробки станет очевидным.

Виды вариаторов

Существуют несколько разновидностей. Они отличаются между собой по своей конструкции.

Клиноременной механизм

Это самый распространенный агрегат. В основном он состоит из одной передачи, реже из двух. Такой вариатор имеет два шкива, которые между собой соединяются клиновидным ремнем. Один шкив ведущий, а второй ведомый. Вначале между ними закладывалась армированная резина, но затем ее заменили стальные пластины. Они способны передавать больший крутящий момент, обладают меньшим радиусом изгиба и долговечны.

Конструкция шкивов состоит из двух конусовидных половин, которые имеют уклон к оси вала. Эти конструкции при движении то отдаляются, то приближаются друг к другу. Ремень не что иное, как металлическая лента, имеющая покрытие. А также встречаются варианты, когда она состоит из тросов, они являются наиболее прочными.

Принцип действия

При раздвижении шкивов лента уходит внутрь, когда они сближаются — ремень приобретает форму клина. В последнем случае радиус шкива увеличивается, а вместе с ним становиться больше и передаточное число, а в предыдущем варианте все наоборот. В промежутках между этими состояниями ремень становится прямым. Для смещения шкивов используются пружины, а также центробежная сила, создаваемая гидравлическим приводом. Он управляется электроникой, которая способна создать оптимальные условия для бесперебойной работы мотора. Водитель выбирает режим, а она настраивает работу CVT. За счет этого происходит увеличение его ресурса, снижение износа и уменьшение использования топлива.

Клиноцепной вариатор

Вместо ремня в такой конструкции используется цепь. Отсюда и название вида. Звено такого устройства представляет собой несколько пластинок, которые между собой объединяются цилиндрическими осями. Они обеспечивают наименьший радиус изгиба. Цепь изготовлена из высокопрочной стали, так как при работе постоянно находится в контакте с конусовидными дисками и претерпевает сильные нагрузки. Такая работа сопровождается высокими температурами, и чтобы их снизить в вариаторе предусмотрели охлаждение жидкости в принудительном порядке.

За счет использования цепи удалось уменьшить радиус изгиба, он может быть 25 мм, поэтому такой вид вариатора имеет больший диапазон передаточных чисел. Клиноцепной вид отличается от своих аналогов наибольшим КПД, но из-за этого имеет и самую высокую стоимость. Такой вариатор был впервые применен на моделях Audi.

Тороидный вид вариатора

Он не содержит ни цепи, ни ремня. Движение дисков, которые применяются вместо шкивов, происходит при помощи роликов, создающих крутящий момент между ними. Передаточное число меняется при смене положений роликов и изменением их радиусов, которые обкатывают диски. Их поворот осуществляется за счет определенных устройств. Они способны регулировать силу прижатия роликов к дискам. В каждом таком вариаторе автомобильные фирмы применяют свои устройства. Например, компания Ниссан в своем аппарате «X — Tronic» заложила гидравлический механизм, управляемый электроникой. Он перемещает ролики вверх и вниз на самые малые расстояния, а затем из-за сдвига они проворачиваются самостоятельно.

Такой вид вариатора применяется реже всех, но за ним будущее.

Достоинства и недостатки вариатора

Любое изобретение имеет какие-то недоработки, не стал исключением и CVT. Его слабые стороны пытаются устранить, а пока они существуют, стоит о них знать:

1. Такие коробки передач не устанавливают на мощные авто, хотя уже есть несколько экземпляров именно с ними.
2. Ремонт CVT требует больших материальных затрат, и к тому же его осуществляют не на всех СТО. Очень сложно найти специалиста, который бы хорошо разбирался в устройстве данного типа.
3. Работа вариатора зависит от показаний множества датчиков, и если вдруг выйдет из строя хотя бы один из них, то это может привести к неправильной работе всей системы трансмиссии.
4. Такой аппарат требует заполнения внутренней его части специальной жидкостью, которая отличается высокой стоимостью в сравнении с аналогами, предназначенными для АКПП. А также ее уровень необходимо постоянно контролировать.
5. Трансмиссия испытывает большие нагрузки.
6. С данной коробкой передач существуют определенные ограничения по буксировке автомобилей, а также при использовании прицепов.

Неисправности вариатора

Но машина с вариатором имеет множество существенных преимуществ:

1. Удобство поездки на автомобиле с бесступенчатой КПП.
2. Плавность движения машины – стремительный разгон и торможение не вызывает рывков, как при использовании других коробок передач.
3. Стабильность показателей при достаточно продолжительном движении.
4. За счет оптимальной нагрузки на двигатель и продуманности работы автомата происходит существенная экономия топлива.
5. Уровень вредных веществ, создаваемых отработанными газами ниже, чем в автомобилях с АКПП И МКПП.
6. Безопасность езды на обледенелых дорогах, так как вариатор исключает пробуксовку колес.
7. Электронное управление работой двигателя увеличивает срок его износа, предотвращает от частых ремонтов.
8. Авто с вариатором ездит намного тише, чем с обычными коробками.

Новинки вариаторов

С каждым годом все больше автопредприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их характеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Данный вид отличается своими серьезными характеристиками:

• имеет наибольшее передаточное число. Его диапазон увеличен на двадцать процентов от обычного вариатора, поэтому он способен быстрее набирать скорость и тормозить. Это число 7.3:1. Оно выше, чем на автоматической коробке передач с семью ступенями;
• масса нового изобретения уменьшена на 13%;
• оснащен ASC. Эта система подбирает наилучшее передаточное число во время движения, при разгоне и торможении.

Вариатор фирмы JATCO

Сейчас представители компании «Porsche» подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариатора. Они улучшают характеристики комфортности поездки, разгона и торможения. Увеличивают КПД и уменьшают расход топлива. Хотят сделать такой вариант бесступенчатой трансмиссии, при котором вариатор станет схож с 8-ми ступенчатой АКПП.

Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полностью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизированные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

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

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.

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.

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

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.

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.

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.

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

Сообщества › Всё об АКПП › Блог › Что такое вариатор? Принцип работы вариатора

Вариатор — это бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которая позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный.

Клиноременный вариатор как тип трансмиссии известен давно. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапецеидальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, словно попавший между ними клин (отсюда и название «клиноременный»), наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой.

Устройство и принцип работы вариатора

Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной- двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.

Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Начнем с самого простого. Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и «вклинивается» в шкив только своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним. Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива (ведущий шкив вращается коленвалом) таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше и дальше от центра шкива. Ведомый же шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе и ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу. Этот процесс хорошо виден на рисунках, прикрепленных к посту.

Иначе устроен тороидный вариатор, который состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски. И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску. Так в ниссановском вариаторе Extroid применена специальная система, где управляемый электроникой прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам.

Между прочим, принцип устройства под названием “вариатор” не нов — мысли о бесступенчатой трансмиссии стали посещать конструкторов практически сразу с началом применения поршневых ДВС на транспорте. Современное же развитие электроники и технологии материалов дало возможности усовершенствовать (остающиеся, однако, в принципе своем неизменными) конструкции вариаторов, и сейчас наблюдается, по-видимому, начало самого широкого распространения таких трансмиссий на автотранспорте.

Тем не менее вариаторы пока что не избавились от некоторых своих весьма существенных проблем. Так, очевидно, что самыми конструктивно слабыми местами существующих сегодня автомобильных вариаторов являются: для клиноременного эти самые ремни, а для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому здесь применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов достаточно высокой, близкой к надежности гидромеханических “автоматов”, но все же из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы пока не могут “тянуть грузы”, а также работать с двигателями большой мощности.

На сегодняшний день рекордом для клиноременного вариатора оказывается 220 л.с. и 300 Нм, которые развивает V-образный 6-цилиндровый мотор Audi A6, “воспринятый” трансмиссией Multitronic, а для тороидного — “переваренный” Extroid (3-литровый двигатель Nissan Gloria и Cedric), развивающий 240 л.с. и 310 Нм.

Однако если для грузовиков вариаторы до сих пор непригодны, то для легковых автомобилей весьма приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий, очевидно, большое будущее, тем более что и технологии материалов не стоят на месте.

Если сравнить динамические характеристики многих автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одной и той же модели автомобиля разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой, ибо должно быть наоборот, раз вариатор лучше использует мощность двигателя? Все дело в привычке — многие клиенты были очень недовольны, что машина с вариатором “все время ноет на одной ноте”. Большинство же водителей привыкли к знакомому нарастающему шуму мотора, и многие фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом же деле при нормальной настройке блока разгон, конечно, происходит быстрее.

В заключение отметим, что вариаторы является куда более совершенным типом трансмиссии по сравнению с традиционными автоматическими коробками передач. Совершенство проявляется в более лучшей динамике разгона, меньшем расходе топлива, более плавной езде у автомобилей оснащённых клиноременными вариаторами. И в тоже время, вариаторы проще по конструкции, чем традиционные «автоматы». Думается, что в недалёком будущем автомобили оснащённые вариаторами полностью вытеснят машины, оснащённые обычными «автоматами» и сильно потеснят машины с «механикой».

Вариаторная коробка передач: Принцип работы, Плюсы минусы, Отличие от АКПП МКПП

Изначальный вариант трансмиссии в автомобилях — это механическая коробка передач. И за столь долгое время существования уже все водители к ней привыкли и даже приспособились. Теперь же в связи с активным развитием автомобильной промышленности появляются другие механизмы, которые призваны облегчить вождение и внести толику обновленного комфорта. Одним из таких узлов является вариатор. Можно даже уточнить, что это разновидность автоматической трансмиссии (АКПП). Но как устроен вариатор на автомобиле, из чего он состоит и как работает? Но главное — в чем его отличие от традиционного узла трансмиссии? И что это такое?

Все эти и другие сопутствующие вопросы достойны внимания и хорошего разбора. Собственно этим сейчас и займемся.

Главная отличительная особенность

Чем автомат отличается от вариатора? Начнем, пожалуй, с упоминания главной характеристики, которая отличает этот механизм от механической и автоматической коробки. МКПП, как правило, обладает шестью скоростями (5 в прямом и 1 в обратном направлении).

У автоматической коробки их насчитывается до 8, а то и 9. Что касается вариатора, то их бесчисленное множество, что обусловлено устройством этого механизма. Его даже можно считать альтернативой АКПП. Чтобы в точности понять, как устроена эта коробка, стоит описать принцип работы силового агрегата.

У всех привычных для нас трансмиссионных агрегатов (и МКПП, и АКПП) имеется один существенный минус — это фиксированные передаточные числа. И порой того, что имеется, не хватает.

Даже передвигаясь по ровной дорожной поверхности, машине приходится сопротивляться силе инерции. По достижении баланса между оборотами и передаточным отношением она начинает разгоняться. Затем передача понижается, а для ее повышения требуется большее количество ступеней, но в обычных КП их численность ограничена.

Вдобавок каждый раз, когда водитель переключается с одной передачи на другую, возникает рывок, что опять-таки обусловлено технологическими особенностями механизма. А значит, пора искать другие решения. Поэтому появилась идея заменить ступени трансмиссии рациональным вариантом. Так и родилась вариаторная коробка передач.

Изменение крутящего момента происходит постепенно, то есть не так как в других механизмах. Присутствие этого агрегата ощущается так, словно машину приводит в движение не ДВС, а мощный электродвигатель. Причем автомобиль набирает скорость плавно и бесшумно. И если сравнивать традиционный порядок переключения передач с его рассматриваемым аналогом, разгоняется машина заметно быстрее.

Вдобавок машинами, оснащенными вариаторными коробками, намного проще управлять. Даже автолюбитель в отсутствии опыта найдет общий язык с такой машиной, так как трансмиссия никак не реагирует на стиль вождения и не глохнет.

Осознанный выбор брендов мирового масштаба

Именитые производители уже признали аналог автоматической трансмиссии надежным и уже даже стали изготавливать их. А чтобы не было путаницы в этой массе механизмов, каждая компания нарекла продукцию фирменным именем:

• Subaru — бесступенчатый вариант в лице «Lineartronic».
• Honda производит «Multimatic».
• Mercedes-Benz — «Autotronic».
• Audi — «Multitronic».
• Toyota — «Multidrive».
• Nissan — изготавливает две разновидности:
  • «X-Tronic».
  • «Hyper».
• Ford — как и у бренда выше, у этой известной фирмы тоже собственная линейка, состоящая из двух моделей:
  • «Ecotronic».
  • «Durashift CVT».

Как проверить при покупке автомобиля вариатор в нем или автомат? Чтобы потенциальные владельцы понимали, какое именно перед ними транспортное средство (с АКПП или альтернативной ее версией), оно обозначается дополнительным индексом CVT в названии. Полностью аббревиатура расшифровывается так: постоянно изменяющаяся трансмиссия или оригинальный вариант — Continuously Variable Transmission.

Разновидности

Есть несколько типов, каждый из которых обладает технологическими особенностями:

• клиноременной;
• клиноцепной;
• тороидный.

Из всех трех вариаций именно клиноременной механизм встречается намного чаще, нежели другие представленные аналоги. Таким вариантом снащены 95% машин из общей численности транспортных средств с подобного рода трансмиссией.

Клиноременный агрегат

Как правило, здесь фигурирует одна передача, в редких случаях их две. Устройство вариатора автомобиля включает два шкива:

• ведущий;
• ведомый.

Они оба соединены клиновидным ремнем. Изначально он изготавливался из армированной резины, однако позднее она была заменена стальными пластинами. Такой ремень уже обеспечивает передачу крутящего момента больших значений, и у него меньший радиус изгиба. Вдобавок такой вариант отличается долговечностью.

Конструкция самих шкивов тоже оригинальная — это две конусовидные половины, имеющие уклон в сторону оси вала. Пока задействован вариатор, эти части время от времени то сближаются, то отдаляются.

Принцип работы

Принцип работы вариатора тоже основан на «ступенях», но здесь они создаются программно. К примеру, в тех ситуациях, когда необходима тяга, а не скорость — преодоление снежного покрова или слишком грязного участка дороги.

Как мы помним, шкивы то сходятся, то расходятся. При их раздвижении ремень лента уходит внутрь, а в ходе сближения он принимает форму клина. Это оказывает влияние на передаточное число. При схождении шкивов оно увеличивается, а когда они удаляются — уменьшается.

Но что руководит подвижными элементами? За это обычно отвечают пружины и центробежная сила, которая создается при помощи гидравлического привода, а он находится под контролем электроники. Именно она задает все необходимые условия, столь нужные для эффективной работы CVT в автомобиле. Благодаря этому увеличивается ресурс, и снижается расход топлива.

Клиноцепной вариант

Здесь уже ремень заменен цепью, а само звено при этом образовано множеством пластин, скрепляющихся цилиндрическими осями. Такой подход обеспечил снижение радиуса изгиба. Для изготовления цепи используется высокопрочная сталь. Когда задействован вариатор на машине этот элемент находится в тесном контакте со шкивами и принимает на себя колоссальные нагрузки. В результате повышается температура до больших значений, и возникает необходимость в охлаждении важных деталей.

Клиноцепной агрегат способен выдать самый большой КПД, если сравнивать с прочими аналогами. Но это приводит к росту конечной стоимости его и автомобиля в частности. Впервые такая конструкция была разработана производителем Audi.

Тороидный механизм

О том, что такое вариатор, мы имеем представление из описанных выше примеров. Но что представляет собой этот зверь? Здесь устройство еще изысканнее — ремня и цепи здесь не найти. Но также есть два диска:

• ведущий;
• ведомый.

Также присутствуют ролики, которые способны изменить положение, исходя из конкретной ситуации. Иными словами именно с их помощью меняется передаточное число. Ролики меняют положение путем воздействия на них специальных устройств. Также они осуществляют регулировку силы их прижатия к дискам. Каждый производитель применяет собственные разработки. Nissan это гидравлический механизм, который находится под управлением электроники.

Принцип действия

Когда ролики обращены к ведомому диску обеспечивается максимальная тяга. Что это дает? Обеспечивается следующее:

• Минимальный контакт между роликами и ведущим диском.
• Максимальное пятно контакта роликов и ведомого вала.

В случае набора скорости необходима обратная последовательность — передаточное отношение нужно снизить, а обороты наоборот — повысить. Следовательно, противоположным образом изменяется и площадь контакта роликов с дисками.

Сильные стороны

Какие же преимущества есть у этого трансмиссионного узла? На автомобиле с бесступенчатой трансмиссией передвигаться в разы удобнее, если сравнивать с прочими коробками. Также имеются другие не менее существенные преимущества:

1. Машина двигается плавно и без рывков даже когда быстро разгоняется или тормозит.
2. Обеспечение стабильности показателей в ходе продолжительного движения транспортного средства.
3. Нагрузка на ДВС распределяется оптимальным образом.
4. Из плюса, приведенного выше, вытекает еще одно полезное качество — это способствует экономному расходу топлива.
5. Количество вредных веществ газа выхлопной системы гораздо ниже, нежели у машин с АКПП или МКПП.
6. Наличие альтернативной коробки позволяет исключить пробуксовку колес. Соответственно повышается уровень безопасности езды по обледенелому покрытию.
7. Благодаря электронному управлению работой силового агрегата увеличивается ресурс трансмиссии, что позволяет снизить количество неисправностей.

К тому же любой автомобиль не издает такого шума, какой можно услышать от транспорта, оснащенного ступенчатой коробкой.

Ряд недостатков альтернативной АКПП

У любой коробки передач плюсы и минусы обусловлены особенностями технологического исполнения. И со временем положительных сторон в результате эволюции механизма появляется больше. К сожалению, у любой технологической разработки присутствуют некоторые недоработки, чего просто не избежать.

Механизм CVT не является исключением, и он пока еще проходит этап всеобщего «тестирования» усилиями рядовых автолюбителей. И судя по некоторым отзывам, новая альтернатива пока еще не столь популярна, хоть обладает рядом неоценимых достоинств. Да, существующие недостатки производители стараются устранить, но пока имеем то, что имеем:

1. На мощные машины такую трансмиссию нельзя ставить, правда есть исключения.
2. Ремонт обходится очень дорого, да и не каждый автосервис возьмется за такую работу. Сложно найти мастера, который отлично разбирается в столь сложном механизме.
3. Еще одно отличие автомата от вариатора в том, что его работоспособность находится в прямой зависимости от показаний сенсоров. А их очень много и стоит хотя бы одному выйти из строя, как вся система начинает функционировать неправильным образом.
4. Чем плох еще этот агрегат? Как и АКПП его тоже следует «заправлять» специальной жидкостью. Только ее стоимость намного выше, нежели у трансмиссионного масла к обычным автоматическим коробкам. Также необходимо регулярно контролировать уровень жидкости.
5. Механизм подвергается колоссальным нагрузкам.
6. Вариатор на машине плох еще тем, что на нее накладывается ряд ограничений касательно использования прицепов и возможности буксировки.

В последнее время многие производители стараются увеличить количество ступеней в АКПП. На данный момент их пока не более 9, но вероятно в будущем их численность перевалит далеко за 10. Такая мера вполне объяснима — нужно обеспечить экономный расход топлива и улучшить динамику разгона.

Любого автолюбителя рано или поздно заинтересует вопрос, можно ли буксировать автомобиль с вариатором? Тут все зависит от ситуации, но во избежание серьезных проблем, лучше отказать в этой просьбе, иначе все может обернуться дорогостоящим ремонтом.

Поведение автомобиля

Исходя из выбранной программы, агрегат сам подбирает нужное передаточное число при разгоне. В этом ему активно помогает электроника. Тот водитель, кто решил пересесть с машины, где привычная трансмиссия (МКПП или АКПП) на транспорт, оснащенный CVT, почувствует существенную разницу в ходе его разгона.

Нажатие педали газа сопровождается переводом мотора в режим высоких оборотов. Он остается так работать в течение всего периода, пока машина разгоняется. При этом можно услышать характерный рев мотора. Только темп разгона в этом случае намного выше, нежели у прочих аналогов трансмиссии.

В некоторых случаях к узлу применяют другие настройки и тогда ощущения будут иными — будет чувствоваться рост оборотов ДВС. Подъем в гору или торможение не переключает вариатор на высокую передачу, даже если сильнее надавить на педаль акселератора. Его шкивы примут то положение, когда обеспечивается максимальный крутящий момент с целью увеличения тяги.

У некоторых моделей есть возможность задать определенное количество «воображаемых» ступеней и альтернативная коробка будет самостоятельно переключаться между ними, исходя из ситуаций. То есть получается своего рода имитация работы АКПП. При этом включать нужную передачу может и сам водитель.

Какой вариант лучше?

Автомат или CVT — вот в чем вопрос? Сегодня автомобили с уже привычной АКПП видишь в разы чаще, нежели транспорт, оборудованный вариатором. Правда в его защиту играет то, что разработка пока еще считается новой, которая продолжает изучаться. Производители будут вносить исправления в целях повысить качество и сделать эксплуатацию транспортного средства еще комфортнее.

Стоит учесть, что автоматическая коробка пригодна для установки на мощные автомобили. Но с точки зрения экономии расхода топлива, то здесь победу одерживает CVT. Но что лучше в итоге? Тут все зависит от множества факторов и прежде всего, будущему владельцу стоит выделить для себя приоритеты:

• Тем, кому по душе плавная езда без рывков, стоит склонить чашу весов в сторону CVT.
• Любителям скоростной езды, а также тем, кому приходится сталкиваться необходимостью буксировки или частого пользования прицепом, стоит присматриваться к АКПП.

В защиту классической автоматической коробки передач стоит привести весомый аргумент — меньшие расходы на содержание трансмиссии. Опять-таки однозначного мнения по поводу того, какой трансмиссионный узел лучше, нет. Здесь свои сторонники и противники и поэтому каждому автолюбителю предстоит сделать собственный выбор на основе полученной информации и с учетом плюсов и минусов.

Описание и характеристики вариатора: плюсы и минусы вариаторной коробки передач

Вариаторная КПП — особый вид трансмиссии, которым стали оснащаться импортные автомобили не так давно. Из этой статьи вы сможете узнать, какие имеет вариатор плюсы и минусы и что может сломаться в агрегате. А также о правилах эксплуатации и обслуживания автомобилей с такими КПП.

Устройство и принцип работы вариатора

Типы вариаторных КПП

Советы по эксплуатации

Преимущества и недостатки

Видео «Процесс разбора и ремонта вариаторной коробки»

Комментарии и Отзывы

Устройство и принцип работы вариатора

Сначала предлагаем узнать, что такое коробка передач вариатор в машине и как понять принцип ее работы. CVT — это бесступенчатая коробка передач, которая визуально напоминает обычную АКПП, по одному внешнему виду различить эти типы невозможно.

Схема устройства КПП в разрезе

Основные составляющие компоненты агрегата:

1. Шкивы КПП. Обычно в коробках передач CVT используется два шкива — ведущий и ведомый. Первый соединяется с силовым агрегатом, передающим крутящий момент на трансмиссию. Второй предназначен для передачи этого момента на ведущие колеса. Конструктивно шкивы состоят из двух конусов, которые монтируются так, что направлены острыми сторонами друг к другу. Во время работы КПП половинки шкивов сдвигаются и раздвигаются посредством использования привода. Между собой эти элементы соединяются при помощи клиновидного ремешка.
2. Ремень. Обычно он выполнен в виде стальной ленты, на которую монтируются трапециевидные пластины из металла. В коробках передач CVT Ауди вместо ремешка используется цепь.
3. Сервоприводы. Система этих устройств используется для сдвигания, а также раздвигания конусов шкивов. Она управляется центральным процессором, а положение конусных элементов определяется частотой оборотов мотора и скоростью, с которой передвигается машина.
4. Управляющий модуль или автоматика. Это устройство предназначено для контроля работоспособности всех систем CVT. Управляющий модуль выполняет функцию определения положения конусов в определенный момент времени. Также автоматика используется для разъединения и соединения коленчатого вала и ведущего шкива.
5. Устройство для соединения коленчатого вала и шкива. Такие системы могут быть разными, все зависит от производителя авто. Часто в вариаторных автоматах используются центробежные или электромагнитные сцепления. Производители машин могут оснащать транспортные средства гидротрансформаторными устройствами либо многодисковыми сцеплениями.

Что касается принципа действия, то он заключается в одновременном изменении диаметров шкивов. Их размеры меняются в соответствии с режимом функционирования силового агрегата. Когда транспортное средство начинает движение, диаметр ведущего шкива минимальный, поскольку конические диски полностью разъединены. А размер ведомого шкива наибольший, поскольку конические элементы сжаты. Когда увеличивается количество оборотов мотора машины, диаметр ведущего шкива начинает возрастать, а ведомого — снижаться, что приводит к изменению передаточного числа. При увеличении скорости машины трансмиссия автоматически поддерживает необходимое количество оборотов ДВС, что позволяет агрегату реализовать максимальную мощность и обеспечить хорошую динамику транспортного средства в целом.

Схема изменения размеров валов

Ремень вариатора

В зависимости от разновидности агрегата, виды ремешков могут быть разными. Чем плох текстильный ремень для вариатора, так это тем, что его срок службы слишком низкий для работы в таких условиях. Обычные ремешки быстро изнашиваются и обрываются, поэтому разработчики вариаторной коробки передач использовали специальные изделия со сложной структурой.

Вместо ремня может использоваться стальная лента, оснащенная специальным покрытием. Либо же это может быть совокупность лент со сложной структурой и наличием множества металлических элементов в виде трапеции. Края трапециевидных деталей соприкасаются со шкивами, что позволяет обеспечить хорошие толкающие характеристики и возможность передачи мощности. При работе в таких условиях обычный ремешок уже износился бы и порвался, а металлическая лента, напротив, становится жесткой.

Вместо ремешка может использоваться стальная цепь, состоящая из множества звеньев. Края этой цепи соприкасаются с конусными элементами. Для обеспечения нормальной работы цепь должна смазываться специальным средством. Такая жидкость позволяет менять фазовое состояние при высоком давлении в месте контакта с поверхностью шкива. Благодаря этому цепь позволяет передавать довольно большое усилие без проскальзываний.

Типы вариаторных КПП

Вкратце разберем общие сведения о разновидностях трансмиссий.

Цепные

В цепных устройствах вместо стальной ленты используется цепь, это обеспечивает хорошую гибкость изделия. В месте соприкосновения цепи с рабочей поверхностью конических элементов появляется высокое напряжение. Но оно компенсируется за счет того, что диски выполнены из подшипниковой стали. Такие вариаторы характеризуются наиболее низкими потерями при подаче крутящего момента и самым высоким КПД.

О принципе действия цепного вариатора вы можете узнать из ролика, снятого каналом MotorPage.

Клиноременные

Структура этих устройств включает одну либо две ременные передачи. Каждая из них состоит из двух шкивов, соединенных друг с другом посредством клиновидного ремешка. Сам шкив образуется за счет конических деталей, сдвигающихся и раздвигающихся между собой, что способствует изменению размера шкива. Конусы сближаются за счет величины давления, усилия, подаваемого пружинами, а также центробежной силы. Диски устанавливаются под углом 20 градусов, это способствует перемещению ремешка по поверхности с минимальным сопротивлением.

Тороидальные

Такие трансмиссионные агрегаты состоят из двух соосных шкивов со сферической поверхностью. Между этими компонентами зажаты специальные ролики. С изменением их положения меняется и передаточное число. Сама передача момента осуществляется благодаря силам трения между роликами и рабочими поверхностями колес.

Основные неисправности

Сколько служит вариатор зависит от правильности управления транспортным средством и нюансов использования этого вида КПП.

Устранение проблем

Какие неисправности могут произойти в работе коробки передач:

1. Проблемы с включением передач. Обычно они обусловлены несоблюдением интервала по замене смазочного материала. Надо вовремя менять масло, чтобы не допустить образования в нем продуктов износа. Если жидкость не меняется своевременно, она теряет свои свойства и не может качественно смазывать трущиеся узлы агрегата.
2. В вариаторах часто забиваются гидравлические блоки. Из-за этого маслонасос не в состоянии нагнетать оптимальное для системы давление.
3. Из-за проблем с падением давления валы не в состоянии правильно сжать или разжать ремешок. В результате он начнет пробуксовывать.
4. При буксовке изделия происходит его быстрый износ, что в итоге приводит к обрыву. Если металлический ремень или цепь разлетится по коробке передач, это приведет к поломке других компонентов трансмиссионной системы.
5. На работоспособность ремня влияет качество поверхности валов. Если они задираются, это приводит к быстрому износу цепи.

Канал АКПП Технология ремонта обнародовал ролик, в котором продемонстрирована процедура ремонта коробки CVT.

Советы по эксплуатации

Чтобы правильно управлять машиной с вариаторной трансмиссией, надо знать режимы работы агрегата:

1. P — режим парковки. Его применение допускается при длительной стоянке авто. Все управляющие компоненты агрегата при активации этого положения блокируются. Автомобиль останавливается педалью тормоза, селектор устанавливается в соответствующее положение, затягивается стояночный тормоз, затем отпускается и опять выжимается тормоз. После выполнения этих действий можно включить рычаг коробки в положение паркинга. Важно соблюдать эту последовательность, поскольку в вариаторных трансмиссиях при парковке выполняется блокировка вала, а не колес.
2. D — режим «Драйв». Основное положение в работе любого вариатора. Этот режим используется для езды машины вперед с плавным переключением скоростей.
3. N — нейтральная передача. Ее нельзя включать при стоянке в пробках. Активация нейтральной скорости допускается при постановке машины на спуске.
4. L. При активации этого режима обеспечивается работа силового агрегата на повышенных оборотах, при этом эффективность торможения мотором будет максимальной. Использование положения L допускается при езде в тяжелых условиях, к примеру, на подъемах или по сельской местности.

Фотогалерея

Фото дефектов вариаторной ленты приведены ниже.

Преимущества и недостатки

Рассмотрим основные плюсы и минусы вариаторов и неважно, о каком автомобиле идет речь, будь то Ауди или Митсубиси.

1. Экологичность агрегата. Автомобили с вариаторными КПП выбрасывают в воздух меньше ядовитых веществ, вредных для окружающей среды.
2. Экономия горючего, если сравнивать с автоматическими коробками передач.
3. Плавное переключение передач. Благодаря этому машина едет без рывков и толчков.
4. Возможность стабильной поддержки оборотов силового агрегата, что увеличивает его ресурс эксплуатации.
5. При разгоне машины с CVT ускорение происходит постоянно.
6. Если сравнивать с классическим автоматом, то вариаторной коробке требуется меньше времени для разгона транспортного средства.

1. Надежность. В вопросе надежности вариаторные КПП значительно уступают классическим автоматам. Это обусловлено чувствительностью таких коробок передач к ошибкам в эксплуатации.
2. Необходимость прогрева агрегата при минусовых температурах. Учтите, что зимой CVT прогревается дольше.
3. Износ ремешка или цепи. Как бы вы правильно ни использовали вариатор, этот элемент все равно изнашивается. Соответственно, требуется его периодическая замена.
4. Необходимость регулярной смены трансмиссионной жидкости. Чтобы масло могло выполнять функции, его уровень должен быть в норме.
5. Более высокая стоимость ремонта по сравнению с другими типами КПП.
6. Вариаторные коробки передач сильно зависимы от работоспособности контроллеров и датчиков.
7. Эксплуатация авто с CVT не допускается в условиях бездорожья. По отзывам такие агрегаты более чувствительны к агрессивной езде.

Видео «Процесс разбора и ремонта вариаторной коробки»

Канал АКПП Технология ремонта предоставил ролик, в котором описан процесс разбора и ремонта трансмиссионного агрегата.

Как работает вариатор — принцип работы, устройство

Содержание :

Коробка передач вариатор

Автомобильная промышленность неуклонно развивается, постоянно предлагает новые инженерные решения. Ведущие компании в области производства автомобильного транспорта неуклонно ведут работу над разработкой принципиально новых агрегатов. Цель замены уже привычных и в некоторой степени конструктивно устарелых узлов предельно ясна – сделать машину более комфортной, облегчить вождение и улучшить качество поездок в целом. Так появилась вариаторная коробка передач или же просто вариатор.

Первый автомобиль с вариатором был произведен еще в 50-х годах прошлого столетия, но массовое распространение эта трансмиссия получила сравнительно недавно. Сегодня многие производители сделали акцент на производстве авто именно с вариатором, роботом или обычным автоматом. Хотя традиционная механика все еще хорошо сбывается, но число реализуемых автомобилей с МКПП постепенно снижается. В этой статье подробно расскажем, что такое вариатор, и каков его принцип работы.

Вариаторная коробка: что это такое?

В англоязычной среде этот вид трансмиссии именуется как CVT, что обозначает Continuously Variable Transmission. Если перевести расшифровку с английского на русский язык, то станет понятен главный принцип, на котором основана работа вариатора – бесступенчатая трансмиссия.

Отличия от автомата

Мы привыкли, что механика может включать шесть передач, а обычный гидротрансформаторный автомат на сегодняшний день от шести до восьми. В этом заключается главный недостаток ступенчатых коробок – число передач ограничено. Все дело в том, что двигателю постоянно приходится преодолевать нагрузку – силу инерции. Даже во время движения по абсолютно ровной дороге агрегат подвержен внешнему сопротивлению, и только достигая оптимального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он развивает скорость. С переходом на повышенную передачу водитель ощущает кратковременную потерю мощности и рывок автомобиля.

Отличие вариатора от классической АКПП — видео

В вариаторе бесчисленное количество передач. Передаточные числа изменяются плавно, благодаря чему водитель машины с CVT не ощущает рывков в момент перехода на повышенную скорость. В некотором смысле автомобиль с вариаторной коробкой напоминает электромобиль: он плавно начинает движение, постепенно набирает скорость, а сама трансмиссия работает практически бесшумно. За счет того, что в вариаторе нет ступеней, передача усилия от двигателя к колесам происходит более точно. В момент перехода на высокую скорость нет разрыва потока мощности. Управлять таким автомобилем сплошное удовольствие. Особенно популярны машины с CVT среди начинающих водителей. Бесступенчатая трансмиссия не реагирует на манеру вождения, поэтому ситуации, когда глохнет мотор в начале движения, полностью исключены. Когда водитель жмет педаль «в полик», авто с вариатором молниеносно ускоряется, что также многим нравится.

Принцип работы CVT

Как говорилось выше, в вариаторной коробке физически отсутствуют фиксированные передачи, но есть виртуальные, созданные на программном уровне. Они нужны для ручного управления, например, когда нужна максимальная тяга автомобиля и не важна скорость (движение по заснеженному участку дороги).

В основе наиболее распространенного клиноременного CVT (устанавливается на 95% современных автомобилей) могут быть заложены одна или две ременные передачи. Передачу образуют два шкива (ведущий и ведомый), соединенные между собой клиновидным ремнем. Такая конструкция получила соответствующее название – клиноременной вариатор. Еще есть клиноцепная бесступенчатая коробка, в которой вместо ремня задействована стальная цепь. Самый известный вариатор с цепью – Multitronic, разработанный инженерами компании Audi.

В идео

Передаточное число поступает от ведущего шкива, связанного непосредственно с мотором, к ведомому шкиву, который получил связь с приводами и колесами. Каждый шкив состоит из пары конических дисков, которые в процессе работы коробки сдвигаются и раздвигаются. За счет увеличения или уменьшения диаметров шкивов происходит изменение числа. На практике работа вариатора выглядит так:

1. В начале движения конусы ведущего шкива разводятся, а конусы ведомого сводятся, а двигатель нагружается по минимуму;
2. С увеличением скорости происходит обратная ситуация: конусы ведущего вала постепенно сходятся, а ведомого – расходятся. В результате передаточное число меняется в меньшую сторону, что важно для снижения тягового усилия и увеличения оборотов на ведомом валу. Смещение шкивов происходит за счет пружины и центробежной силы, создаваемой гидравлическим приводом.

Как видим, принцип работы вариатора предельно прост, но крайне эффективен.

Основные механизмы вариатора (из чего состоит CVT?)

Бесступенчатая коробка включает гораздо большее число механизмов. Её работа невозможна без целого ряда узлов, которые обеспечивают полноценную работу трансмиссии. Например, вариатор не может самостоятельно обеспечить задний ход автомобиля. За это отвечает планетарный редуктор. Если бы не было сцепления, то крутящий момент сразу же поступал на колеса. Чтобы автомобиль начинал движение и ускорялся плавно, в конструкции CVT предусмотрено автоматическое сцепление. Оно может быть:

• центробежным (CVT Transmatic);
• многодисковым «мокрым» (CVT Multitronic);
• электромагнитным (CVT Hyper);
• гидротрансформаторным (CVT Xtronic, Autotronic, Multidrive).

Гидротрансформаторное сцепление встречается повсеместно, другие разновидности встречаются намного реже. Сцепление с гидротрансформатором максимально плавно передает момент, продлевая срок службы коробки передач. Также такое сцепление исключает проскальзывание на высоких оборотах, но может перегреваться, о чем подскажет мерцающий индикатор на приборной панели. Конечно, все устройства должны работать под управлением единого «мозгового» центра, которым в вариаторе выступает блок управления. К нему поступают сигналы от датчиков, считывающих данные самых разных систем.

Программная часть обрабатывает информацию и изменяет режим работы коробки передач. Водителю достаточно выбрать нужный режим – «спортивный», «экономичный». Некоторые модификации вариаторной коробки позволяют ступенчато в ручном режиме переключать передачи. Главной технической жидкость выступает трансмиссионное масло, которое поступает в нужные масляные каналы за счет работы гидроблока.

Внутри корпуса можно найти фильтры (грубой и тонкой очистки), магниты, улавливающие металлическую стружку – продукт износа механических частей коробки.

В связи с тем, что CVT быстро перегревается, ему требуется отдельный радиатор. Это устройство охлаждает моторное масло и отводит лишнее тепло.

Главные достоинства и недостатки CVT

Прежде чем перейти к рассмотрению плюсов и минусов вариатора, также стоит несколько слов сказать о другой разновидности бесступенчатой коробки – тороидной. Как уже говорилось, на 95% японских, немецких, корейских и других авто ставят либо клиноременной, либо клиноцепной вариатор. Остальные 5% транспортных средств оснащены тороидным типом CVT. Он не получил должного распространения, так как по многих характеристикам уступает аналогу с ремнем/цепью. Итак, за что любят и недолюбливают вариаторную коробку? Причины следующие:

Плюсы CVT

Минусы CVT

Высокий уровень комфорта: автомобиль с вариатором издает намного меньше шума в салоне, чем с МКПП или АКПП

Ремень или цепь из-за постоянных высоких нагрузок быстро изнашивается

Постоянная тяга, передача мощности в непрерывном потоке, незаметное для водителя переключение скоростей

Коробка передач требовательна к качеству и уровню моторного масла

КПД примерно на 5% выше, чем у автоматической коробки

Не ставится на мощные автомобили (известно всего несколько моделей)

Легкость управления, возможность ручного выбора режима работы вариаторной коробки

В случае поломки требует серьёзных материальных затрат

Автомобилем с вариатором удобнее управлять, чем машиной с механикой и даже автоматом

Недостаточно хорошо распространена сеть СТО (особенно в небольших городах), отсутствие необходимого количества мастеров, ремонтирующих вариатор на самом высоком уровне

Исключены рывки во время стремительного разгона или торможения, что можно наблюдать на авто с другими КПП

Дороже в обслуживании, чем автоматическая и тем более МКПП

Отсутствие высоких нагрузок на двигатель и коробку за счет постоянно имеющегося передаточного отношения положительно сказывается на уровне расхода топлива

Нуждается в регулярной чистке фильтров и магнитов особенно на авто с пробегом свыше 150 тыс. км

Бесступенчатая коробка не провоцирует буксировку колес на обледенелом участке трассы, следовательно, возрастает уровень безопасности

Вариатор боится буксировки, это значит, что автомобиль с CVT не предназначен для работы в экстремальных условиях. Можно сказать, что это коробка для исключительно городских машин

Каждый автовладелец может найти другие слабые и сильные стороны вариаторной коробки, основываясь на личных предпочтениях, собственном водительском стаже. Есть категория водителей, которая не переносит «молчаливость» силового агрегата. Двигатель в паре с CVT никак не реагирует ни на молниеносное ускорение, ни на планомерные переходы на высокие и низкие скорости.

Кто привык ездить на спортивных машинах с обычной МКПП, вряд ли сможет без характерного «рева» двигателя. Ощутить драйв за рулем машины с бесступенчатой коробкой не получится, отчасти по той причине, что вариатор не ставят на модели с действительно мощными моторами. Решение приобретать авто с CVT или сделать выбор в пользу механики зависит исключительно от желаний и потребностей.

Заключение

Разобраться с тем, как устроен и как работает вариатор крайне просто. Можно всего лишь один раз проехаться за рулем транспортного средства с бесступенчатой трансмиссией, чтобы на себе ощутить её достоинства. Отметим, что последние несколько лет активно идут работы над совершенством конструкции CVT.

Инженеры концерна Nissan совместно с коллегами из Jatco разработали собственный агрегат, которым сегодня комплектуют многие японские марки авто. Его рабочий диапазон увеличен на 20% в сравнении с обычным клиноременным вариатором. Автомобиль с КПП Jatco еще быстрее набирает скорость и тормозит. Внедренная технологичная система ASC постоянно подбирает лучшее передаточное число, максимально разгружая двигатель и продлевая срок службы трансмиссии. Стремление ведущих автокомпаний развивать и совершенствовать вариаторную коробку лишний раз подчеркивает, что автомобильное будущее за бесступенчатой трансмиссией.

Вариатор – что это такое, принцип работы, плюсы и минусы

В одной из прошлых статей мы подробно поговорили про роботизированные коробки передач с двойным сцеплением, сегодня предлагаем поближе познакомиться с таким типом трансмиссий, как вариатор. Т.к. все чаще можно встретить автомобили оснащенные бесступенчатой коробкой и понятное дело, что автолюбителей, перед покупкой автомобиля интересует вопрос надежности, ремонтопригодности и принцип работы данного вида трансмиссии. Мы постараемся подробно ответить на все интересующие вопросы исходя из нашего многолетнего опыта и информации полученной с форумов на которых владельцы обсуждали самые распространенные проблемы и делились опытом их решения.

Что такое вариатор и принцип его работы

Прежде чем говорить о плюсах и минусах такого типа кпп, нужно понять что это такое и как он работает. Данный вид трансмиссии представляет собой бесступенчатую коробку передач с плавным изменением передаточного числа, в заданном диапазоне. Впервые CVT (Continuously Variable Transmission, что в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия) на автомобилях стали устанавливать в 50-х гадах, это были легковушки марки DAF. Одной из первых моделей на которой испытали работу клиноременного вариатора стал автомобиль DAF 600.

Массово устанавливаться на автомобили CTV, стала относительно недавно. В редких случаях бесступенчатую трансмиссию можно встретить на автомобилях Chrysler, Fiat, Mini, Peugeot, Opel, Mitsubishi. Куда чаще она встречается на:

• Nissan – Xtronic и Hyper;
• Audi – Multitronic;
• Subaru – Lineartronic;
• Mercedes-Benz – Autotronic;
• Honda – Multimatic;
• Ford – Ecotronic и Durashift CVT;
• Toyota – Multidrive.

Почти все вышеуказанные кпп объединяет общий принцип работы. Главной задачей трансмиссии является плавное изменение передаточного числа («бесконечное» количество передач) это влияет в лучшую сторону на плавность разгона и позволило значительно снизить расход топлива, по сравнению со стандартным АКПП.

Стоит отметить, что первые бесступенчатые трансмиссии славились своей ненадежностью, а именно обрывом ремня.

На сегодняшний день можно выделить два основных типа:

• Клиноременной

На большинстве современных бесступенчатых трансмиссиях используется гибкий клиновидный толкающий ремень из нескольких стальных лент и связанных с ними фасонных пластин в виде «бабочки». Появление металлического клиновидного ремня позволило широко использовать вариатор на автомобилях, так как он мог передавать значительный крутящий момент. Еще один вариант замены ремня, это использование цепи (клиноцепные), такой метод применяется на автомобилях марки Audi и Subaru. Металлическая цепь состоит из тонких пластин соединенных осями, это позволяет обеспечивать лучшую гибкость. На таком типе CTV крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи при ее точечном контакте с коническими дисками, в отличие от клиноременной бесступенчатой трансмиссии.. В местах контакта возникают высокие напряжения, поэтому диски изготавливают из высокопрочной стали.

• Тороидальный

Такой вид бесступенчатой коробки передач чаще всего встречается на автомобилях марки Nissan. Его основным отличием от клиноременного, является наличие конусовидных дисков и роликов. Ведущий диск присоединен к двигателю, в то время, как ведомый к трансмиссии. Расположенные между валами ролики совершают передвижения в вертикальном направлении и вращения в горизонтальном направлении вокруг собственной оси. Передача крутящего момента осуществляется только силами трения между тороидными поверхностями дисков и роликами.

Основные проблемы с которыми могут столкнуться владельцы автомобилей с вариатором

При всем обилие достоинств, у CVT трансмиссий есть свои существенные минусы и особенности. При должной эксплуатации и своевременном обслуживании, коробки ходят по 150 000 – 200 000 км, не доставляя особых проблем своим владельцам. Если Вы являетесь первым собственником, то боятся вам нечего т.к. гарантия позволяет быть полностью уверенным, что в случае неисправности КПП будет починена. А вот покупая автомобиль на вторичном рынке нужно быть внимательным и лучше всего перед покупкой пройти диагностику.

Недостатками можно считать:

• дорогостоящий ремонт, как и в случае с DSG мало кто может перебрать или отремонтировать изношенные детали на профессиональном уровне. Отсюда и получается, что мастера своего дела за работу берут ощутимые денежные средства.
• замена масла каждые 30 000 – 40 000 км. Хоть производители и рекомендуют производить замену масла раз в 80 000 км, на самом деле столь большой интервал может сказаться с негативной стороны, особенно если автомобиль покупался с пробегом свыше 120 000 км.
• данный тип кпп не любит рваный стиль езды и резких ускорений с места, поэтому если вы любитель активного передвижения, то лучше присмотреться к покупки автомобиля с иной коробкой;
• многих пересевших с классической автоматической трансмиссии, где чувствуется переключение передач, по началу раздражает сама работа и исходящий шум, что обусловлено спецификой работы данной трансмиссии. Хотя современные вариаторы обучены имитировать переключение передач;
• перегрев, обо этом стоит помнить при движении на высоких скоростях продолжительное время. При частом возникновении ошибки Slow Down стоит промыть радиатор, в случае если это не помогло то прибегнуть к радикальным мерам и установить дополнительный радиатор вариатора.

Какой можно сделать вывод? Вариаторы плотно вошли в нашу жизнь, некоторые японские производители автомобилей отказались от использования классических автоматических коробок переключения передач и полностью перешли на бесступенчатые трансмиссии CVT. Прогресс не стоит на месте и ежегодно ведутся работы по усовершенствованию, в результате чего, мы можем наблюдать более быстрый разгон, чем авто с АКПП, меньший расход топлива и более плавный ход. В пример можно привести автомобиль Tesla – автомобиль будущего на котором установлен электродвигатель и вариатор. Автомобильные эксперты предполагают, что через несколько лет эра классических автоматов с гидротрансформатором, канет в лету и останется два вектора развития – бесступенчатые и роботизированные трансмиссии.

Принцип работы вариатора на автомобиле: плюсы и минусы

Вопросы, рассмотренные в материале:

• В чем отличие вариатора от других КПП
• Сколько передач у вариатора
• Какие типы вариаторной КПП являются наиболее популярными сегодня
• Можно ли устанавливать вариатор на мощные автомобили

Вариативная или бесступенчатая, автоматическая коробка передач (CVT) совсем недавно считалась изобретением из области фантастики. Сегодня же многие популярные автомобильные компании оснащают этим устройством модели своих машин. Вариатор можно увидеть в некоторых модификациях машин Mitsubishi, Toyota, Audi, Honda, Nissan и других марок ведущих компаний. В этой статье мы расскажем, чем примечателен принцип работы вариатора на автомобиле, какие у него достоинства и недостатки по сравнению с автоматической коробкой передач.

Что такое вариатор на автомобиле

Необязательно быть владельцем автомобиля с вариатором, чтобы столкнуться с понятием «вариативная коробка передач», например, просто рассматривая различные автомобильные журналы или сборники характеристик моделей машин. Стандартным автоматом уже давно никого не удивить, а механикой — тем более. Вариатор пока остается диковинкой, поэтому услышать о нем в обычном мужском разговоре можно не так часто. Хотя вариативная коробка передач вовсе не является новым изобретением известных автомобильных корпораций, принцип работы механизма разработали несколько столетий назад.

Первым, кто задумался о принципе работы вариатора и создал его, был самый загадочный изобретатель — Леонардо да Винчи — в далеком 1490 г. А вот запатентована эта придумка была только в XIX веке (во второй его половине). Примечательно, что первое действующее транспортное средство с такой коробкой передач было создано спустя 500 лет после его изобретения — в 50-х годах двадцатого века. Подобную трансмиссию впервые установили на легковые автомобили DAF (в то время компания еще специализировалась на создании легковых и грузовых авто). Позже подобие вариатора устанавливали на машины Volvo, но особой популярности такой тип трансмиссии не получил. Зато в нынешнее время вариатор пользуется спросом.

Бесступенчатая трансмиссия (вариатор) имеет аббревиатуру CVT (сontinuously variable transmission — бесступенчатый переключатель скоростей). Принцип работы вариатора на автомобиле — плавно передавать крутящий момент от мотора к колесам (или прочим движимым частям, например, винтам), без переключения скоростей. При этом бесступенчатая КПП автоматически меняет трансмиссионное соотношение по определенной программе или вручную.

Важно подчеркнуть, что в принципе работы CVT (в отличие от роботизированной КПП и АКПП) нет переменных передач, то есть при движении автомобиля не наблюдаются привычные толчки при смене передачи, а набор скорости имеет плавный и четкий ход.

Рекомендуем

Отличие вариатора от прочих коробок передач

Механическая трансмиссия (МКПП) имеет 5 скоростей, коробка-автомат — 8 скоростей, а CVT оснащен неограниченным количеством передач. Но это не главная ее особенность. Чтобы читателю было проще понять принцип работы вариатора на автомобиле, оценить его преимущества, вкратце расскажем о работе двигателя.

Во-первых, в принципе работы традиционных ступенчатых КПП есть важный недочет — они имеют ограниченное число передач, которых иногда при движении бывает мало. Даже при условии езды по гладкой дороге мотор, разгоняясь, должен преодолеть внешнюю нагрузку (силу инерции), а потом, после достижения оптимального соотношения оборотов и передаточного числа, он может набрать нужную скорость. После этого момента передача становится ниже. Чтобы повысить передачу, нужно использовать больше ступеней, наличие которых не предусмотрено в механической коробке.

Еще один минус — при переключении скоростей происходит толчок. С учетом этих нюансов производители решили отказаться от передач и, в конечном итоге, получили вариативную коробку, которая сменяет скорости мягко, без рывков.

Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в постепенном изменении крутящего момента на ведущем и ведомом диске. Движение начинается мягко, в отличие от других видов коробок передач. Особенности работы вариатора в автомобиле создают впечатление, будто в нем установлен мощный электрический двигатель. Скорость набирается плавно, без присутствия посторонних шумов. Поэтому CVT не нужен переключатель скоростей, благодаря нему автомобиль увеличивает скорость движения намного быстрее, чем при использовании других трансмиссий.

Помимо этого, автомобилем с вариатором намного легче управлять. С ним сможет справиться даже водитель-новичок из-за того, что этот принцип КПП не зависит от манеры вождения и не заглохнет при движении. Даже при внушительном разгоне автомобиля работа движка практически бесшумна, в сравнении с другими трансмиссиями. Если надавить на педаль газа полностью, то авто ускорится буквально молниеносно, без привычного «рычащего» шума.

Некоторые водители не любят, когда мотор не издает привычных звуков при переключении скорости, но в основном, это те, кто привык к езде на коробке-автомате или спорт-карах, где рев двигателя только подзадоривает гонщика.

Вариатор имеет большие возможности, как доказательство этого — запрет его использования на гонках Формулы-1 до 1994-го года.

Рекомендуем

Устройство вариатора на автомобиле

Внешне вариативная коробка передач ничем не отличается от коробки-автомата. Визуально невозможно понять, что установлен именно вариатор. Ручка переключения скорости тоже не имеет отличий от обычного рычага АКПП и даже названия режимов — P, R, N, D — такие же.

Главное отличие кроется в принципе работы вариатора в автомобиле. В нем нет обычных чисел передач (1-й, 2-й и так далее). Вариативная коробка имеет огромное количество передач, которые постоянно варьируются, о чем говорит и само название агрегата. С этим связано и отсутствие рывков, когда автомобиль трогается с места или происходит переключение оборотов двигателя. Во время движения, разгона и торможения вариатор плавно и бесшумно меняет передаточное число.

Принцип работы вариатора на автомобиле

Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в плавной смене скоростей (передаточного числа) как при повышении, так и при снижении скорости. Безусловно, большую работу делает компьютерная программа, которая и создает ступени, но они запрограммированы для ручного управления (при движении по снегу или грязи, когда скорость не имеет значения, а важна только максимальная тяга). Сама же коробка ступеней не имеет, это обеспечивает передачу усилий от коробки к колесам намного точнее.

В настоящее время существует два типа строения вариатора:

• Клиноременный. Таком вид устанавливают на 95 % авто с CVT.
• Тороидный. Практически не используются в настоящее время из-за сложных настроек и строения.

1. Клиноременные вариаторы — самые популярные типы трансмиссии, используются в автомобилях марок Infiniti, Audi, Nissan и пр. Давайте рассмотрим принцип их работы.

Осуществляется передача трансмиссионного числа от главного (ведущего) шкива (который связан с силовым агрегатом) к ведомому (который связан с приводом и колесами) по принципу ременного сообщения.

Смена передаточного числа происходит по принципу изменения диаметра шкивов. Изготовитель сделал их разборными, а не сплошными, состоящими из двух частей конической формы, обе части посажены на вал и могут сходиться и расходиться. Диаметр в месте соприкосновения ремня со шкивом изменяется в зависимости от скорости и нагрузки.

Попросту говоря, принцип работы заключается в следующем: когда автомобиль трогается, мотору нужно большое усилие, чтобы начать движение колес. Чтобы снизить нагрузку двигателя до минимума, ведущий вал должен быть самого маленького диаметра (конусы разводятся в месте соприкосновения). Диаметр ведомого вала в этот момент должен быть, напротив, максимальным (конусы сводятся). За счет этого ведущий шкив проделывает несколько оборотов, чтобы ведомый сдвинулся всего на один (максимальное число). Этот процесс намного снижает нагрузку на силовой агрегат, что значительно облегчает ему работу.

После набора скорости передаточное число уменьшается (это необходимо для снижения тяговой силы, но при этом происходит увеличение оборотов на ведомом шкиве). Принцип работы: диаметр ведущего рола увеличивается (конусы сходятся), а у ведомого, напротив, расходятся.

При максимальном диаметре ведущего шкива и наименьшем ведомого, первый один раз оборачивается, а второй за этот промежуток делает несколько оборотов (из-за этого скорость его вращения наибольшая). Но в этом случае нагрузка на двигатель намного выше.

Вывод: трансмиссионное число достигается по принципу изменения диаметров двух шкивов и ременной передачи (между ними).

Принцип работы вариатора на автомобиле тороидного типа принципиально отличается от предыдущего. Передача тяги осуществляется при помощи роликов, зажатых между шкивами. Шкивы имеют форму тороида (из-за чего имеет такое название) и располагаются на одном стержне.

Принцип действия: чтобы тороидный вариатор сменил передаточное число, роликам необходимо изменить свое положение. Для наибольшей тяги зажимы роликов нужно повернуть по направлению к ведомому шкиву, такое расположение сведет диаметр контакта ролика и шкива к минимуму, в то же время у ведомого ролла диаметр будет наибольшим.

При увеличении скорости необходимо увеличение вращения и снижение передаточного числа, ролики отходят в противоположную сторону (ведущего ролла), при этом оба диаметра изменятся противоположно.

Рекомендуем

Достоинства и недостатки вариатора

Крупнейшие автомобильные компании наладили производство модификаций CVT, изготовляемых на собственных предприятиях. Чтобы как-то отличать их от других коробок передач, каждая компания придумала определенные названия агрегату. Вариаторы «Ecotronic» и «Durashift CVT» — производитель Ford, «Multidrive» — Toyota, «Lineartronic» была сконструирована Subaru. Некоторые компании создали по два вида вариатора: «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan. «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz.

Принцип работы любого технического изобретения имеет свои недочеты, исключением не стал и вариатор. Все недостатки его работы, конечно, стараются устранить, но пока они еще присутствуют, следует о них рассказать:

• Такие трансмиссии не используют в мощных автомобилях, хотя есть несколько удачных примеров именно с вариаторами.
• Ремонт коробки с принципом вариатора обойдется очень дорого, ко всему прочему, не на каждом СТО смогут произвести починку деталей. Найти квалифицированного механика, который разбирается именно в такой системе переключения передач, очень трудно.
• Работа CVT в автомобиле зависит от показаний различных приборов, и если хоть один из них окажется неисправным, может произойти сбой всей программы контроля трансмиссии.
• Наполнять аппарат нужно только специальной жидкостью, уровень которой нужно все время контролировать. Она стоит очень дорого в сравнении с другими аналогами, подходящими именно для коробок передач.
• Оказывается большая нагрузка на коробку передач.
• Для автомобилей с CVT есть ряд ограничений для буксировки и при использовании прицепа.

Но машина, оснащенная коробкой передач по принципу вариатора, имеет массу преимуществ:

• Комфорт во время движения.
• Мягкий ход автомобиля, быстрый набор скорости и торможение без толчков (как в механической или автоматической трансмиссии).
• Стабильные показатели даже при долгой работе мотора.
• Экономия топлива, благодаря оптимальной нагрузке на мотор и рассчитанному принципу работы автомата.
• Сниженные показатели выхлопных газов во время движения по сравнению с автомобилями с обычной коробкой или коробкой-автоматом.
• Безопасное движение по обледенелым трассам, вариативная коробка исключает пробуксовку.
• Компьютерное управление работой мотора увеличивает время его эксплуатации и спасает от частых ремонтов.
• Принцип работы вариатора позволяет автомобилю ехать почти без шума, в отличие от автомата и МКПП.

Рекомендуем

Новые виды вариаторов

Ежегодно производители автомобилей выпускают модели с бесступенчатой коробкой переключения скоростей. Причем характеристики его работы постоянно улучшаются, оборудование совершенствуется. Совсем недавно компании JATCO и Nissan выпустили общее изобретение — улучшенный вариатор с облегченной и уменьшенной конструкцией. CVT совместил в себе новую коробку и клиноременную систему. У этого аппарата очень хорошие показатели работы:

• Увеличенное число передач. Создатели расширили диапазон на 20 % (в сравнении с обычным CVT). Это позволяет автомобилю быстро разгоняться и сбрасывать обороты.
• Весит обновленный агрегат на 13 % меньше, чем его стандартный прототип.
• Имеет систему ASC, что позволяет компьютеру выбирать передаточное число, оптимально подходящее в момент разгона и остановки.

Учредители автокомпании «Порше» заявили, что в настоящее время проводят разработку по апгрейду CVT и улучшению принципа его работы. Они стараются поднять показатели комфорта во время езды, набора скорости и остановки. Хотят снизить объем потребляемого топлива, но в то же время увеличить коэффициент полезного действия. В планах у создателей — сделать такой тип CVT, принцип работы которого будет похож на восьмиступенчатую трансмиссию.

Усиленная работа над улучшением бесступенчатой коробки переключения скоростей подтверждает еще раз, что будущее за ней. Не исключено, что очень скоро вариатор станет альтернативой всем обычным КПП (автомат, механика и РОБОТ). Особый акцент производители автомобилей делают на его комбинированные модели, при которых работа двигателя будет самой идеальной, энергия будет сохраняться в специальном накопителе и тратиться только на передвижение транспортного средства.

Вариатор в машине — что это такое, принцип работы, плюсы и минусы

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания наглядно показывает некоторые его недостатки. Максимальная мощность достигается на так называемых номинальных оборотах, выше которых ДВС не раскручивают, он быстро изнашивается, а отдача падает. Крутящий момент, равный отношению текущей мощности к скорости вращению вала, распределён по кривой неравномерно. Часто он просто растёт с увеличением оборотов, а путём усложнения конструкции его стараются максимально выровнять и сместить в сторону малой частоты. Это непросто, поэтому многое возлагается на трансмиссию, преобразующую и увеличивающую момент. В идеале она должна быть бесступенчатой, то есть оптимизировать передаточное число при любой скорости. Так и работает вариатор. Это единственный тип трансмиссии, который близок к идеалу. Что такое вариатор на автомобиле поможет понять подробное рассмотрение его конструкции.

Почему именно вариатор

Прежде всего потому, что это автоматическая коробка передач. У КПП с ручным переключением остаётся всё меньше поклонников, обычно это спортсмены или люди, вынужденные экономить на каждой мелочи. Но не всякая автоматическая коробка обладает уникальными способностями вариатора.

1. В англоязычной литературе вариаторы именуют CVT, что раскрывается как Continuously Variable Transmission. Именно так, единственный теоретически безразрывный поток тяги. Любая другая АКПП вынуждена плавно манипулировать двигателем, переключать генератор крутящего момента с одной пары шестерён на другую (условно, строго говоря, там не так всё устроено), а потом сглаживать неизбежные скачки с применением проскальзывания. Вариатор просто плавно переведёт свои конусы на другой режим.
2. Множество дискретных передач даёт неизбежный рост объёма оборудования. Если заглянуть внутрь суперсовременной классической АКПП, например, где наворочены 8–9 передач , то от обилия зубчатых колёс зарябит в глазах. Вариатор тоже непрост, но два конуса, ремень и немного обвеса — только это составляет необходимый минимум при бесконечном количестве передаточных чисел.
3. Автоматы были признаком относительно дорогого и сложного автомобиля. А уж если речь идёт о мотоцикле, то это вообще за гранью. CVT же ставят на любой дешёвый китайский мопед. Или на престижную Ауди, вариатору всё равно, он будет трудиться и станет уместен где угодно.

При таких достоинствах может возникнуть непонимание — а где это чудо было раньше. Кто заставил многие поколения автомобилистов вручную передвигать муфты с синхронизаторами и без них на протяжении столетия? Проблема именно в простоте. Полёты в космос для детей тоже кажутся предельно понятными, разогнаться и улететь. Но пришлось ожидать развития важных и сложных технологий, материалов, а также набить немало шишек на испытаниях. Это сейчас, когда всё уже получилось, многим известно, что такое вариатор в машине, а ремень на скутере могут поменять даже школьники, купив его на сэкономленные карманные деньги. К сожалению, на автомобилях до сих пор это не так.

Принцип действия и состав

Принципиально вариатор образован двумя шкивами переменного диаметра. Поскольку передаточное число равно отношению действующих радиусов, по которым движется клиновой ремень, то его можно менять в широких пределах, сделав шкивы раздвигающимися и синхронно переставляя ремень на нужную траекторию. Это и определяет принцип работы вариатора и объём оборудования, относящегося к современному блоку автоматической бесступенчатой трансмиссии:

• ведущий и ведомый конические шкивы;
• ремень, набранный из металлических пластин с тонкими стальными лентами, иногда используется примерно такая же по форме цепь;
• гидротрансформатор на входе, состоящий из двух турбинных колёс и реактора, полностью аналогичен таковому в гидромеханической коробке;
• масляный насос, создающий управляющее давление рабочей жидкости;
• гидроблок, содержащий электрогидравлические клапаны, масляные магистрали и датчики давления, преобразующий электрические команды в перемещение исполнительных механизмов;
• фрикционные мокрые сцепления рабочего хода и реверса;
• дополнительные редукторы или главные передачи с дифференциалами;
• шаговый двигатель, он же степ-мотор, непосредственно занимающийся синхронным перемещением половинок шкивов;
• масляные фильтры тонкой и грубой очистки.

Иногда применяются дополнительные устройства, поскольку конструкции отличаются разнообразием, что связано как с компоновкой и инженерным подходом, так и с дальнейшим развитием бесступенчатого направления. Так, например, имеются коробки в гибридном исполнении, где кроме пары шкивов наличествует дополнительная двухступенчатая планетарная передача, заимствованная из классической АКПП. Такое решение заметно облегчает жизнь ремня и шкивов, не заставляя их работать с большим потоком мощности в крайних положениях, что может резко сократить ресурс. Добавочный редуктор автоматически переключает передачу по достижении определённой пороговой скорости, действуя как демультипликатор.

Важным элементом CVT является его рабочая жидкость — специальное вариаторное масло. Над обеспечением его свойств много потрудились, заменить его ничем нельзя, это надо знать при самостоятельном обслуживании. И чем оно качественнее — тем лучше, ресурс пока остаётся одним из самых слабых мест данной трансмиссии. Жидкость на уровне компромиссов сочетает многие с виду несовместимые свойства, основные из которых заключены в необходимости обеспечить смазку передающих большую мощность пар трения ремня о шкивы при одновременном исключении проскальзывания. Любое трение выделяет тепло, масло разогреется, потеряет свойства, и весь узел будет непоправимо разрушен. Частично проблему решает масляный радиатор, но перегрев остаётся основной страшилкой к применению вариаторов в тяжёлых условиях.

Обслуживание и уход

Именно замена масла станет главным фактором продления межремонтного пробега. Можно смело рекомендовать его замену каждые 30 тысяч километров , так оно постоянно будет находиться в тонусе, хорошо промывать каналы и механизмы, беречь поверхности трения и подшипники. Как только масло утратит какие-то качества или загрязнится, начнётся лавинообразный процесс гибели сбалансированного организма клиноременной передачи. А ремонт пока ещё очень дорог. Ремень, шкивы и элементы гидроблока своим ценником способны надолго отбить желание покупать машины с CVT, и никакие достоинства никого не убедят.

К обслуживанию можно отнести и стиль езды на вариаторной трансмиссии. Она очень не любит крайностей. Да, низкие старты в духе двухпедального лонча, буксировка и перемешивание густой грязи не для этого механизма. Можно не сомневаться, что он так умеет, но, скорее всего, недолго. И если уже зажглась лампочка перегрева — значит, масло надо менять и больше так не поступать.

Достоинства и недостатки вариатора

Все преимущества группируются вокруг бесступенчатого характера выбора передачи, как главного принципа работы вариатора:

• полная незаметность переключений без принятия специальных мер, заметить смену чисел можно только по положению стрелки тахометра, отсюда комфорт и отсутствие разрушающих рывков в трансмиссии;
• возможность всегда выбрать самый оптимальный режим мотора для данной скорости и степени нажатия акселератора, не затуманенный дискретным характером всех прочих коробок;
• прогнозируемость работы, быстрые реакции на управление тягой, возможность реализации широкого набора стилей вождения, хорошая адаптация под водителя;
• минимальные потери на трение в трансмиссии, отсюда дополнительная экономия топлива;
• сберегающий режим для двигателя, который всегда находится в нужном диапазоне оборотов;
• ровная тяга в условиях пониженного сцепления с дорогой, отсутствие провокаций на срыв в скольжение, малая потеря скорости при мобилизации повышенного крутящего момента;
• лёгкость выполнения экологических норм за счёт простоты выбора режимов мотора;
• широкий диапазон передаточных чисел, особенно в гибридном исполнении;
• максимальное использование мощности при динамичном разгоне;
• компактность и малая масса всей конструкции.

Без недостатков не бывает, а их у CVT немало, и они также определены тем, как работает вариатор, и какие сложности возникают у его конструкторов:

• проблемы с передачей большой мощности, несмотря на проникновение бесступенчатых передач даже в премиальные сегменты, до грузовиков такие трансмиссии ещё не добрались и вряд ли доберутся;
• некоторая психологическая монотонность разгона на максимуме, когда мотор выходит сразу на номинальные обороты, на которых и зависает, приходится даже делать искусственное разбиение на виртуальные передачи, имитируя дискретное переключение;
• недостаточная долговечность ремня и шкивов, с чем производители пытаются бороться с переменным успехом;
• высокая цена вариаторного масла, этот недостаток постепенно нивелируется, да и остальные масла недёшевы;
• склонность к перегреву в предельных режимах;
• проблемы с буксировкой прицепов и движением при повышенном сопротивлении со стороны дороги, подъёмы и глубокая грязь;
• высокая цена деталей при ремонте.

Можно сказать, что новая машина с CVT порадует водителя однозначно, но по мере выработки ресурса сомнения усиливаются, начинаются более реальные размышления на тему вариатор, плюсы и минусы. Что усугубляется пока ещё низкой популярностью вариаторных комплектаций на вторичном рынке.

Неисправности и ремонт

Починить вариатор «на коленке» вряд ли получится. Потребуются хорошие знания матчасти, набор инструмента и приспособлений, немалый опыт и владение вопросами приобретения запчастей и ремкомплектов. Хотя наиболее распространённые модели уже достаточно изучены. Как и причины выхода трансмиссии из строя:

• утратившее свои качества масло при несвоевременной замене нарушает работу гидроблока, ремень проскальзывает, разрушает поверхность шкивов, и начинаются рывки при работе;
• иногда срезаются механические детали из-за стремления производителей к компактности;
• не отличаются долгим сроком службы подшипники, особенно при работе с грязным маслом;
• отказывает маслонасос, особенно его регулирующий клапан;
• очень быстро выходят из строя механизмы после ремонта, если были использованы рыночные запчасти низкого качества, в случае вариатора эти трюки не проходят и заканчиваются однозначно плохо;
• при ремонте не были заменены шкивы или была некачественно выполнена их шлифовка, которая и так не всегда помогает.

Сервис вариаторов вообще больная тема. Мало кто способен грамотно выполнить все дефектовки и процедуры. И если механика многое простит, то бесступенчатый автомат нуждается в комплексном подходе, а это достаточно дорого по запчастям, даже если к высокой цене за работу автомобилистов уже приучили классические АКПП.

После обзора вариаторной техники становится понятней, что такое вариатор на автомобиле. Возможно, это отметёт многие опасения, ведь в целом преимущества CVT всё равно перевешивают его немногие ещё не изжитые минусы. И неуклонное повышение числа машин с этим типом трансмиссии тому подтверждение.

Что такое вариатор (CVT): типы, конструкция, преимущества и недостатки

Автомобильный прогресс, с одной стороны, усложняет устройство автомобиля, но с другой – облегчает его эксплуатацию. Так, например, была создана коробка-автомат, которая не требовала управление сцеплением. Вариатор (CVT) стал следующим шагом в удобстве управления трансмиссией.

О надёжности вариатора давно спорят автознатоки. Одни обвиняют его в крайней непрочности, мол, не ходит такая КПП долго. Другие же считают, что при нормальной эксплуатации вариатор вполне способен отслужить столько же, сколько сам автомобиль. Рациональное зерно в своих доводах имеют оба лагеря, поскольку вариатор совершенствуется, и новые модели давно превзошли первые экземпляры этой КПП.

1. Что такое вариатор и чем он отличается от классической АКПП
2. Устройство вариатора
3. Виды вариаторов и их принцип работы
4. Плюсы и минусы вариатора

Что такое вариатор и чем он отличается от классической АКПП

Говоря коротко, вариатор – это автоматическая трансмиссия с бесступенчатым переключением передач. Его основное назначение – плавно и мягко переходить с одной передачи на другую, без рывков и отчетливых «отщелкиваний», при этом сохраняя оптимальную динамику разгона и минимальный расход топлива. Собственно, вариатор и создавался как средство экономии, поскольку в цивилизованном мире фактор экологичности давно является основным приоритетом развития транспортных средств.

Если задаться вопросом, чем вариатор отличается от АКПП, ответ будет «всем!» Пожалуй, единственное сходство заключается в том, что вариатор и коробка-автомат одинаково не требуют управления сцеплением, как это происходит на «механике». В остальном принцип действия совершенно разный: в «автомате» передачи подключаются с помощью планетарных редукторов, которые присоединяются к работе постепенно по мере надобности. Чтобы подключить очередную передачу, двигатель нужно сначала разогнать до нужной скорости, а это лишний расход топлива. В вариаторе же передачи реализованы с помощью клиновидных шкивов и ремня (цепи), вообще без присутствия шестерен в главном механизме.

Устройство вариатора

Конструкция вариатора намного проще, чем привычные нам коробки передач.

Устройство вариаторной коробки CVT

В основе лежит принцип клиноременной передачи с изменяемым диаметром шкивов:

1. Каждый шкив состоит из двух конусов, направленных вершинами друг к другу;
2. Ремень (цепь) охватывает оба шкива, передавая момент вращения с ведущего шкива на ведомый, то есть от первичного вала на вторичный;
3. При необходимости конусы шкивов могут раздвигаться и сдвигаться. В результате ремень либо перемещается ближе к оси вращения, либо удаляется от нее, а диаметр шкива (и соответственно передаточное число) становится больше или меньше;
4. Подключение вариатора к двигателю реализовано с помощью гидротрансформатора или пакета фрикционных муфт. В обоих случаях сцепление не требует управления, поскольку задействуется только на старте, а переключение передач не требует участия водителя;
5. Для реализации заднего хода предусмотрен реверс – механизм планетарной передачи, меняющий направление вращения ведомого вала;
6. Для блокировки КПП во время стоянки предусмотрен храповик;
7. Управление шкивами осуществляется с помощью гидравлической системы, состоящей из насоса, клапанов, гидроцилиндров и фильтра.

Ремень или цепь вариатора представляют собой гибкую конструкцию, собранную из множества отдельных пластин. Форма и размер этих элементов подобраны для максимально эффективного сцепления со шкивами.

Надежность ремня или цепи будет достаточной, если вовремя их менять.

Отдельно нужно сказать о масле для вариатора. Оно выполняет две функции, противоположные по свое сути: смазывает механизм вариатора для уменьшения износа и обеспечивает сцепление ремня со шкивами, то есть трение в пятне контакта. Есть и третья задача – передавать крутящий момент от двигателя к коробке через гидротрансформатор.

Жидкость CVT рассчитана на работу при температуре до 70 градусов, но высокие нагрузки (скорость, пробуксовки, езда по бездорожью) вызывают ее перегрев, ухудшают свойства и сокращает ресурс. Для охлаждения часто используется специальный радиатор, а для отсеивания продуктов износа механизма предусмотрены фильтры.

Своевременная замена масла и фильтров – один из необходимых факторов долгой и счастливой жизни вариатора.

Дополнительные устройства, которые связаны с вариатором:

1. Дифференциал. Как и в случае с другими коробками передач, дифференциал распределяет момент вращения на ведущие колеса автомобиля;
2. Гидравлическая система управления конусами шкивов. Состоит из гидроблока и гидронасоса, подающего давление;
3. Управляющая электроника, в том числе электронный блок управления (ЭБУ) и разнообразные датчики.

Виды вариаторов и их принцип работы

Ниже, на видео-уроке, подробно показано и описано принцип работы типового вариатора, посмотрев который Вы лучше начнете понимать работу CVT.

Описанный выше принцип работы относится к классической конструкции клиноременного вариатора. Их есть две разновидности:

Собственно клиноременный, у которого для передачи вращения используется стальной ремень;

Клиноременный вариатор

Цепной вариатор

Пока что клиноременный самый перспективный вид вариаторов, который постепенно совершенствуется.

Есть и третий тип, в котором передача момента вращения реализована совершенно другим способом – тороидный (тороидальный) вариатор.

Тороидный вариатор

У тороидного вариатора передача вращения от двигателя на первичный вал происходит с применением другой схемы:

Схема работы тороидного вариатора

1. Два конуса, направленные остриями друг к другу, подсоединены к ведущему и ведомому валу;
2. Передача момента вращения происходит через ролики, соединяющие эти два конуса;
3. Ролики могут перемещаться вдоль оси вращения конусов, скользя по их поверхности, продвигаясь ближе или дальше от их вершин;
4. Повышение и понижение передачи происходит за счет контакта роликов с меньшим или большим диаметром вращения, а значит, передаче более быстрого или медленного вращения на ведомый вал.

Ниже, наглядный видео-урок, по принципу работы тороидного вариатора, очень доступно и понятно.

В настоящее время клиноременные виды вариаторов совершенствуются более активно, чем тороидные, и их чаще можно встретить установленными на автомобиле. Если не появятся новые типы конструкции, именно клиноременные вариаторы будут постепенно развиваться в сторону большей надежности, выносливости и удобства.

Плюсы и минусы вариатора

Поклонники вариаторной коробки передач ценят ее за такие преимущества:

1. Простота. Конструкция CVT проста, как всё гениальное. После современных АКПП и роботизированных DSG коробок, это просто находка для любителей простых решений;
2. Плавный старт. Тронуться с места будет легко даже новичку, в отличие от других типов трансмиссии;
3. Отсутствие передач. Без использования ступенчатого механизма изменение передач происходит без рывков;
4. Оптимальная динамика разгона. Автомобиль с вариатором намного проще набирает скорость, в отличие от АКПП и МКПП;
5. Поддержание скорости движения на разных типах местности. Например, автомобиль не снизит скорость при подъеме в горку. Сохранение скорости движения происходит за счет плавного повышения или понижения передачи;
6. Вариатор не замерзает. Значит, легче будет запустить его зимой, когда автомобиль ночевал на морозе под открытым небом. Он тоже требует прогрева, как и другие КПП, просто времени это занимает меньше;
7. Экономия топлива. Это то, ради чего вообще создавалась вариаторная трансмиссия – экономия ресурсов, в том числе уменьшение токсичных выбросов;
8. Невысокая цена по сравнению с современными АКПП и DSG.

Недостатки у вариатора тоже есть, поскольку этот вид трансмиссии находится еще в самом начале своего развития. Чем плох вариатор:

1. Регулярное ТО. Во-первых, нужна периодическая замена трансмиссионной жидкости, причем покупать придется специальную, с пометкой CVT. А во-вторых, ремень имеет достаточно короткий ресурс и требует замены каждые 60 тыс. км;
2. Ограничения по нагрузкам. До недавнего времени вариаторы ставились только на маломощные двигатели. Они не предназначены для резких стартов с пробуксовкой, это не спортивная трансмиссия. К тому же, нельзя буксировать автомобиль с вариатором. Если автомобиль сломался, доставить на СТО его можно только на эвакуаторе, но не «на галстуке». Причина – недостаточная прочность основного ремня (цепи);
3. Медленная работа. Некоторые модели вариаторов заметно «тупят» при изменении оборотов, так что на 1-2 секунды отстают от нажатия педали газа;
4. Не все СТО берутся его обслуживать. Найти умельцев, способных отремонтировать вариатор, довольно сложно. Мастера предпочитают не связываться с этой коробкой передач, а заниматься более привычными «автоматом» и «механикой»;
5. Вариаторы подходят в основном только для города. Спорт и экстрим не для них.
6. Сложная электроника. Если хоть один датчик, регулирующий работу вариатора, выйдет из строя, откажет и сам вариатор. А датчиков там много! Не слишком радужная перспектива – остаться посреди улицы ждать эвакуатор.

Несмотря на недостатки (а где их нет?), вариатор (CVT) остается очень прогрессивным типом трансмиссии. Совершенствование конструкции уже позволяет ставить его на достаточно мощные моторы и давать большие нагрузки. Конечно, никуда не делась необходимость обслуживать эту коробку передач, но ведь и двигатель требует внимания, и с этим уже все смирились.

Так что рассуждения о том, сколько ходит такая АКПП, постепенно остаются в прошлом: вариаторы становятся всё более надежными. Иногда покупатели отказываются от автомобиля только на основании того, что на нем установлен вариатор. Плюсы и минусы этой трансмиссии уже понятны, остается только выбрать то, что по душе.

Что такое вариатор (CVT) и как им пользоваться

Вариатор (CVT) — вид КПП, подразумевающий бесступенчатое изменение передаточного числа, что обеспечивает плавный разгон и снижение скорости без рывков, как это происходит в классическом «автомате». Такая «коробка» выделяется большей эффективностью, сниженным расходом горючего, отсутствием шума и постоянной тягой. Ниже рассмотрим, как появилась вариаторная КПП, из каких элементов она состоит, и как работает. Отдельно выделим виды, плюсы и минусы, а также советы по использованию такой трансмиссии.

История появления вариатора

Первопроходцем в вопросе изобретения «постоянно меняющейся трансмиссии» считается Леонардо да Винчи. Именно он придумал устройство еще в конце XV века. При этом официальный патент получен только через несколько столетий, что существенно затормозило развитие направления.

В середине XX века CVT (Continuously Variable Transmission) стали использоваться в мотоциклах, в еще спустя полвека они стали востребованы в авиации. Первую машину с вариатором выпустил производитель Daf в 1958-м. Используемые в то время механизмы имели низкий уровень надежности. Так, резиновые ремни быстро выходили из строя, а трансмиссия часто нуждалась в ремонте.

Через некоторое время инженер из Нидерландов Хуб Ван Дорн придумал ремень из стали, который придал системе большей надежности и позволил использовать вариаторную КПП на мощных автомобилях, а в 1980-х стартовал полноценный выпуск машины с такими коробками.

В течение длительного времени вариатор был существенно доработан. В частности, стали использоваться более качественные материалы, изменился диаметр, улучшилась гидравлическая составляющая, оптимизирован вопрос электронной части и т. д.

Устройство вариатора и принцип работы

Вариатор CVT работает за счет бесступенчатого изменения момента вращения в определенных пределах моментов. Это становится возможным, благодаря использованию следующих составляющих:

• вариаторная передача;
• устройство, обеспечивающее реверс, и необходимое для движения назад;
• процессор для управления системой;
• сцепление для передачи момента вращения и отсоединения КПП.

В роли последнего узла могут использоваться следующие виды сцепления:

• центробежное;
• гидротрансформаторное;
• многодисковое мокрое;
• электромагнитное.

Наиболее распространенным является гидротрансформаторный вариант, обеспечивающий плавность движения автомобиля и продлевающий срок службы КПП. Одним из слабых мест является риск перегрева механизма, из-за чего многие автовладельцы жалуются на зажигание соответствующей лампочки на приборной панели. Для снижения трения применяется масло CVT, обеспечивающее безошибочную работу устройства.

Основная контрольная функция ложится на управляющий блок. Именно он берет на себя задачу управления сцеплением, увеличения/уменьшения скорости, контроль редукторного механизма и работу реверса. Для корректной работы на электронный блок поступают данные от многих датчиков, контролирующих тормозную систему, давление в колесах, обороты мотора и т. д.

Принцип действия прост. Водитель выбирает режим движения с помощью ручки КПП, после чего начинает работать вариатор. Устройство само выбирает необходимое передаточное число с учетом скорости движения и нажатия на педаль газа. В этот момент происходит раздвижение или сближение шкивов, соединенных ременной передачей, и, соответственно, изменение передаточного числа.

Когда шкивы раздвигаются, ремень вращается с небольшим диаметром. Если сравнивать с МКПП, это характерно для максимальной скорости. В ситуации, когда устройства сдвигаются, ременная передача работает по максимальному диаметру. В результате машина движется медленно, как на самой низкой скорости для МКПП (первой).

Разновидности вариаторов

При использовании CVT необходимо понимать, что они бывают нескольких видов. Кратко рассмотрим особенности каждого из вариантов:

• Клиновидный ременной. Конструктивно состоит из пары шкивов, объединенных клиновой ременной передачей. Шкив состоит из пары дисков-конусов, которые сближаются или отдаляются с помощью гидравлики и специального пружинного механизма. Конусы находятся под 20-градусным углом, что обеспечивает плавное перемещение с минимальным сопротивлением. Современные коробки вариаторы имеют ремни, изготовленные из стальных полос, отличающихся большей прочностью, минимальной шумностью и высокой степенью надежности.
• Клиновидный цепной. По названию ясно, что в таких видах CVT применяется цепочка, которая сформирована из множества пластик. Передача момента осуществляется посредством фиксации со специальными дисками-конусами. В точках соприкосновения появляется высокая нагрузка, которая приводит к нагреву, что компенсируется за счет системы охлаждения. Такие устройства отличаются более высоким КПД, но в них нет реверса, что требует применения дополнительного устройства.
• Тороидный. В таком типе вариаторной КПП не предусмотрено ни цепной, ни ременной передачи. Конструктивно устройство состоит из 2-х валов с зафиксированными между ними роликовыми механизмами. Скорость меняется посредством изменения позиции роликов, а сам момент передается, благодаря контакту рабочих участков. Такой тип CVT применяется реже всего, но именно этот тип считается наиболее перспективным.

Разница между вариатором и классической АКПП

Автовладельцы-новички часто не могут выбрать, что лучше —вариатор или автомат(обычная АКПП). В обоих случаях речь идет об автоматическом переключении скоростей, но принцип действия отличается. В отличие от CVT, который обеспечивает плавное изменение передач, в стандартной коробке-автомат процесс происходит ступенчато.

Конструктивно АКПП состоит из управляющего механизма (гидравлика, электроника), гидротрансформатора для сцепления и планетарной «коробки». Устройство работает следующим образом:

• Мотор через специальные валы передает момент вращения на гидравлический трансформатор.
• Происходит передача усилия на планетарное устройство.
• Последнее получает сигналы от управляющего блока и включает нужную скорость.

Иными словами, в классической АКПП функцию сцепного устройства берет на себя гидравлический трансформатор. В отличие от рассмотренной выше коробки, ремень вариатора обеспечивает плавное изменение момента без малейших дерганий в момент переключения.

Достоинства и недостатки

При рассмотрении особенностей вариаторной КПП необходимо понимать ее слабые и сильные места.
К преимуществам CVT можно отнести:

• Плавное изменение скоростного режима. В отличие от гидротрансформаторной коробки-автомат вариатор обеспечивает увеличение и уменьшение скорости без малейших толчков / рывков.
• Повышенный срок службы мотора. При правильной эксплуатации, своевременной замене масла в вариаторе и выполнении других регламентных работ устройство обеспечивает плавную передачу момента на двигатель и тем самым продлевает его ресурс.
• Более экономный расход горючего, благодаря высокому КПД механизма. В среднем коэффициент полезного действия больше на 7-10%, если сравнивать с классической коробкой-автомат.
• Экологическая чистота механизма. В процессе работы вариаторная система выбрасывает в атмосферу меньше опасных компонентов (если сравнивать с другими «коробками»).
• Быстрый разгон. Отсутствие рывков способствует экономии времени в момент набора скорости, что обеспечивает лучшую динамику для автомобиля.
• Легкость управления. Достаточно выбрать нужный режим на ручке, чтобы начать движение.

Несмотря на преимущества, CVT имеет и ряд минусов:

• Трудности обслуживания. Ремонт и замена вариатора — очень дорогостоящая операция, за которую берутся единицы мастеров. Иногда приходится обзвонить не одно СТО, чтобы найти подходящий вариант.
• Высокая стоимость масла. Для заливки в CVT применяются специальные смазывающие составы, имеющие более высокую цену.
• Раз в 100-150 тыс. километров требуется замена ремня, что является дорогим удовольствием.
• Зависимость от электроники. Вариаторная КПП в процессе работы получает сигналы от многих датчиков. Если какой-то из них сбоит, система будет работать неправильно, а это ведет к необходимости ремонта вариатора и дополнительным расходам.
• Сравнительно небольшой ресурс. Вариаторная коробка не любит большие нагрузки, поэтому выходит из строя быстрей МКПП. В частности, для нее может оказаться критичной буксировка в снегу или грязи.
• Повышенный риск поломки из-за неправильной эксплуатации.

Производители постоянно работают над совершенствованием вариатора и устраняют недостатки. Многие слабые места, связанные с низкой надежностью, остались в прошлом. Но ресурс устройства во многом зависит от самого автовладельца и следования ряду правил.

Рекомендации для водителя по эксплуатации CVT

Для продления срока службы вариатора важно знать особенности его эксплуатации и соблюдать некоторые рекомендации. К наиболее важным моментам стоит отнести:

• Следите за наличием и уровнем смазки и своевременно выполняйте замену масла CVT. При выборе продукта учитывайте рекомендации производителя, которые должны указываться в сервисной книжке. Если этой информации нет, свяжитесь с дилером.
• Зимой прогревайте вариатор перед началом движения. На это требуется больше времени, чем на нагрев мотора. Если этого не сделать и начать резкий разгон, возможно повреждение механизма.
• Не буксируйте автомобили с CVT, ведь это ведет к износу или поломке трансмиссии. Также нельзя использовать машину с вариатором в качестве «тягача». Разрешается только перевозить прицеп, если его вес не превышает нормы. Если нужна буксировка, единственный выход — вывешивание передних колес.
• Не злоупотребляйте поездками по бездорожью. Такие машины относятся к паркетникам, ведь удар о выступ или ухаб может закончиться серьезной поломкой вплоть до необходимости замены всего узла. Также запрещена пробуксовка в грязи / сугробе. Если часто переводить режим с «D» на «R», это может привести к износу шлицев и повреждению шестеренок.
• Периодически проводите компьютерную диагностику двигателя для выявления ошибок в электронике.
• Своевременно меняйте масло, ремень и фильтр вариатора, чтобы продлить срок службы механизма и не допустить преждевременного выхода из строя дорогостоящего узла.

Итоги

Вариаторные КПП — привлекательный вариант с позиции плавности хода, КПД, ускорения и расхода топлива. Но такой вид трансмиссии требует внимания в процессе обслуживания и правильной эксплуатации. Ошибки в вопросе применения могут привести к выходу из строя механизма, необходимости его ремонта или даже замены.

Принцип работы вариатора