Двигатель вариатор что это такое?

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

Как устроен вариатор

Вариатор — особый подвид автоматических коробок передач. Придуманный много лет назад, распространение он получил только сейчас.

Листая автомобильные каталоги, многие встречали такую фразу: «На автомобиль устанавливается бесступенчатый вариатор». Или могли увидеть это словосочетание в таблице технических характеристик. Что такое механическая коробка передач, знают все (кроме, разве что, американцев), к «автомату» тоже давно все привыкли (особенно американцы). А вот вариатор — зверь малоизвестный. А ведь он далеко не новинка.

Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи.

Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии, правда, появился не в эпоху Возрождения, а попозже — лет через пятьсот, в годах. Вариатор ставился серийно на автомобили DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовики, но и легковушки). Потом нечто похожее начали делать и на Volvo, но широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.

По сути, вариатор (наиболее распространённое англоязычное обозначение — CVT — continuously variable transmission) — это, простите за тавтологию, вариация на тему автоматической коробки передач. И автомобиль, оборудованный им, на первый взгляд, ничем не выдаёт себя — педалей всего две и рычаг переключения режимов трансмиссии — P, R, N, D — такой же, как и у машины с традиционной АКПП. Всё привычно. Но работает вариатор совершенно . В нём нет фиксированных первой, второй, десятой передач. Попробуйте представить себе, сколько звёзд в нашей Вселенной или сколько песчинок на всех пляжах Земли вместе взятых — у вариатора передач всё равно намного больше. И «переключение» между ними происходит плавно и незаметно.

здесь нет толчков при трогании и «переключении». И не зря мы написали это слово в кавычках: переключений как таковых тут и нет. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноремённые со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные… Первый тип — самый распространённый. Посмотрим, как он устроен.

Вот наглядный пример: возьмём два карандаша (цилиндра), лежащих параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их резинкой и начинаем крутить один из них. Тут же начинает крутиться и второй — с той же скоростью. Но если карандаши будут разного диаметра, начинается совсем другая история — пока один из них, что побольше, сделает один оборот, второй, скажем, два.

Вариатор устроен похоже, только диаметр «карандашей» у него постоянно меняется. У него два шкива, каждый из которых сделан в виде пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу. А между шкивами зажат клиновый ремень.

Теперь, если каждая из пар конусов может двигаться друг к другу и обратно, мы получим шкивы с переменным рабочим диаметром. Ведь при раздвижении конусов ремень, соприкасающийся с ними своими рёбрами, будет как бы проваливаться к центру шкива и обегать его по малому радиусу. А при сближении конусов — по большому радиусу.

Осталось только снабдить оба шкива системой (как правило, это гидравлика, но может быть и иной сервопривод), которая будет строго синхронно сдвигать половинки первого шкива и раздвигать половинки второго. И если один шкив находится на ведущем валу (который идёт от двигателя), а второй — на ведомом (который ведёт к колёсам), то можно организовать изменение передаточного отношения в весьма широких пределах.

Остаётся ещё добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для заднего хода), а это может быть, скажем, обычная планетарная передача. И вот готова коробка-вариатор.

Кстати, интересный вопрос — какой тут используется ремень? Разумеется, простой ремень из резины и ткани, наподобие тех, что вращают генераторы и прочее навесное оборудование, здесь не прожил бы и тысячи километров. Ремни в клиноремённых вариаторах имеют сложное устройство.

Это может быть стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапецевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной — обретает жёсткость.

А ещё в качестве клинового ремня может выступать широкая пластинчатая стальная цепь, соприкасающаяся с конусами своими краями. Именно такой «ремень» работает в вариаторах машин Audi.

Интересно, что для смазки цепи применяется особая жидкость, которая меняет своё фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом. Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие, практически не проскальзывая, несмотря на очень маленькую площадь контакта.

Как именно вариатор будет менять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. Если при разгоне на обычном автомобиле мы на каждой передаче раскручиваем двигатель, затем переходим на следующую передачу и так далее, то при наборе скорости автомобиля с вариатором мотор остаётся на одних и тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), зато плавно меняется передаточное отношение.

Это создаёт несколько странные ощущения. Жмём газ в пол, мотор выходит на большие обороты, да так и остаётся на них в течение всего разгона, воя как пылесос. Зато темп разгона — высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится.

Впрочем, в некоторых случаях вариатор настраивают так, чтобы разгон с ним больше напоминал увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным ростом оборотов мотора.

Разумеется, при попытке заехать на холм и при замедлении авто, несмотря на нажатие педали газа, умный вариатор не оставит «включённой» высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно — чтобы увеличить крутящий момент на выходе из коробки.

А ещё на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), задаваемыми электроникой. Передачами, между которыми вариатор будет резко перескакивать, словно классическая коробка «автомат». Ещё в этом случае можно переключать «передачи» по собственному желанию. Как на «автомате» с ручным секвентальным (последовательным) режимом.

Таким образом, у вариатора масса достоинств. Но есть и недостатки. Например, сравнительно небольшая, по современным меркам, «перевариваемая» мощность двигателя. Не зря такие коробки начали своё шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили — все сплошь и рядом укомплектованы либо «механикой», либо классическими «автоматами», либо роботизированными коробками.

Правда, прогресс идёт. И тут нельзя не вспомнить рекордсменов. Скажем, на Audi A4 2.0 TFSI клиноремённый вариатор Multitronic (с цепью) без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».

Можно возразить, что класс D — это ещё не всё. Для автомобилей представительского и бизнес-класса, и тем более для крупного внедорожника — 200 сил уже не назовёшь такой уж большой величиной. Но достижения самых современных вариаторов на этом не исчерпываются. Так, на кроссовер Nissan Murano с 3, V6 мощностью 234 лошадиные силы ставят клиноремённый вариатор . Это одна из самых крупных и тяжёлых моделей, оснащённых вариатором. А что будет завтра?

Второй недостаток вариаторов — сравнительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а значит, недешёвая, трансмиссионная жидкость. Ремённые вариаторы могут через каждые тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько дороже, чем для «автомата», но зато менять его можно чуть реже — ориентировочно через тысяч километров для разных моделей автомобилей.

И всё же вариаторы получают всё большее и большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших «автоматов» классического типа.

Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах — нужна ли нам (на светофорных гонках) максимальная мощность, или, напротив, плавность и наименьший расход топлива (при спокойной езде). Потому модели с вариаторами отличает, при прочих равных, высокая экономичность, сочетающаяся с не менее приличной динамикой.

Кстати, в последнее время наметилась тенденция к росту числа передач у классических «автоматов». В последних моделях встречается уже 8 передач (на легковой, заметим, машине). И делается это именно для сочетания высокой динамики и экономичности. Скоро увидим автоматы с десятью ступенями или даже с двенадцатью? А вот вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы с их переключаемыми планетарными рядами никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно.

8 заблуждений о вариаторах. И один реальный недостаток

По-настоящему массовыми вариаторные трансмиссии стали в последнее десятилетие. Поэтому даже бывалые автомобилисты не всегда хорошо представляют себе, что такое вариатор. А незнание, как обычно, порождает массу заблуждений, неверных толкований и, как следствие, вредных советов.

Заблуждение 1. В вариатор залито масло на весь срок службы

В одной фразе содержатся две неточности. Во-первых, жидкость, залитую в вариатор, не стоит называть маслом. Так же как в классической автоматической коробке используется жидкость ATF, так и в вариаторах используется жидкость со своим набором характеристик. Да, смазка в этом перечне присутствует, но это не основное предназначение такой жидкости. К примеру, рабочая жидкость для вариатора под давлением увеличивает коэффициент трения в месте контакта конуса с ремнем вариатора. Разве обычное масло способно на это? Конечно, нет.

В классических автоматах больше изнашиваются неметаллические накладки фрикционов. А в вариаторе — стальные конусы и ремень. Стальная пыль мешает работе клапанов, она может оставить систему без давления жидкости, которое необходимо для работы всей автоматики коробки. Поэтому замена жидкости раз в 60 000 км необходима. Заодно чистят от продуктов износа улавливающие магниты и меняют фильтр.

Заблуждение 2. В вариаторе установлен ремень

В большинстве конструкций действительно применяется ремень, набранный из большого количества стальных пластин, удерживаемых лентой. Но некоторые производители предпочитают использовать цепь. Выглядит она почти так же, как цепь привода ГРМ двигателя. Только контактирует с конусами. Крутящий момент передают торцы стержней, соединяющих пластины. Такой вариатор называют цепным. Цепные вариаторы используют, например, Subaru и Audi.

Заблуждение 3. У вариатора не может быть гидротрансформатора. Он же вариатор!

На всех автомобилях с вариатором, которые продаются в России, имеется также и гидротрансформатор. Всегда первым крутящий момент от мотора воспринимает именно гидротрансформатор, как у классического автомата. Именно он и проскальзывает, когда мы стоим в пробке, а селектор коробки передач при этом находится в положении D. В мире было несколько моделей вариаторов, у которых вместо гидротрансформатора использовалось «мокрое» сцепление. Их раньше устанавливали на японские автомобили для внутреннего рынка.

Заблуждение 4. Если ехать «на круизе», то вариатор будет работать с постоянным передаточным отношением

Это неверно. При движении на круиз-контроле с постоянной скоростью вариатор даже на небольшом подъеме будет менять передаточное отношение, увеличивая обороты двигателя. Круиз-контроль с гидромеханическим автоматом прибавил бы газу, то есть открыл дроссельную заслонку, а обороты двигателя при этом остались бы неизменными.

Заблуждение 5. У машин с вариатором медленный разгон

Вариатор обеспечивает самый быстрый разгон, какой только может дать двигатель. Только для получения такого результата надо не забывать прожать педаль газа полностью. В таком режиме (kick-down) двигатель быстро выходит на обороты, соответствующие максимальной мощности, и дальнейший разгон происходит за счет переменного передаточного отношения в вариаторе. Это — самый эффективный разгон. Любая другая коробка передач в паре с таким же мотором будет менее эффективна при разгоне.

Другое дело, что двигатель при этом воет практически на одной ноте. Монотонность создает впечатление слишком долгого разгона, отсюда и заблуждение.

Заблуждение 6. С вариатором не выбраться из грязи или снега «враскачку»

Вариатор позволяет сравнительно быстрее переключаться с передачи переднего хода на заднюю и обратно. А новые образцы вариаторов, как, например, на Toyota RAV4, имеют механическую первую передачу, что дополнительно облегчает «раскачку», ведь переключение вперед-назад происходит без участия бесступенчатой трансмиссии.

Заблуждение 7. У вариатора нет ступеней

И да, и нет одновременно. Этот постулат опровергают коробки передач, в которых есть и ремённый вариатор, и двухступенчатый редуктор. Впервые наши автолюбители увидели его на Nissan Juke, а теперь он добрался и до Лады Весты. Его производит фирма Jatco (Япония), индекс — JF015E. Суть в том, что вариатор обеспечивает примерно половину всего скоростного диапазона на первой передаче, и затем, при переходе на вторую, опять реализует свой диапазон. Таким образом, передач, в классическом понимании, у этого вариатора две. Но большинство подобных трансмиссий обучены также имитировать пять или шесть передач с помощью электроники. Эти передачи, безусловно, «не настоящие», виртуальные.

Заблуждение 8. Вариатор ненадежен и неремонтопригоден

Нет более страшного и распространенного мифа о вариаторах. Но на самом деле годы эксплуатации и машины с большими и очень большими пробегами доказывают обратное. Большинство вариаторов ходит по 150 000 км и более. Проблемы возникают или у любителей «поджиповать», или у стритрейсеров. Вариатор живет дольше при спокойной манере вождения, без экстремальных ускорений. А еще в нем надо регулярно менять рабочую жидкость. Только при этих условиях вариатор можно поставить в один ряд с гидромеханическими автоматами по части надежности. Также не забывайте следить за чистотой радиаторов, охлаждающих рабочую жидкость вариатора. В морозы вариатор, как и сам двигатель, желательно прогревать. В месте, где соприкасаются конусы и ремень, жидкость начинает нормально работать только при температуре, близкой к рабочей. При холодной жидкости будет наблюдаться проскальзывание, которое вызовет задиры на поверхности конусов и ремня.

Предположим, вариатор начал подавать первые признаки износа. Появились рывки при движении, скрежет на небольшой скорости, не совсем ровный разгон, и вообще поведение вариатора изменилось. Если затеять ремонт на ранней стадии повреждения основных деталей, то можно обойтись сравнительно недорогим ремонтом. Конечно, ремонт вариатора недешев, но обычно получается уложиться в 50 000 — 70 000 рублей. Это сумма подразумевает замену ремня, шлифовку или замену конусов, замену подшипников и проверку клапана насоса. Простые гидромеханические автоматы в большинстве случаев отремонтировать дешевле.

А вот и один реальный недостаток

Собственно, это не недостаток — это нормальное ограничение для гражданских, а не специально подготовленных гоночных автомобилей.

Если с каждого светофора стартовать «как в последний раз», да еще и при непрогретом вариаторе, то на трущихся элементах ремня и на рабочих поверхностях конусов возникнут задиры. Ресурса агрегата хватит тысяч на двадцать километров, а то и меньше. И никакая супержидкость не спасет от этого явления. Вариатор — не для стритрейсерских подвигов, а для максимально комфортного движения. Хотите погонять — для этого есть специальные автомобили и, кстати, специальные трассы.

Вероятно, в ближайшее время вариатор будет установлен как минимум на половине выпускаемых автомобилей. Так что относитесь к нему бережно, меняйте рабочую жидкость — и тогда вариатор прослужит долго.

• Вся правда о (не)надежности вариаторов — в этой публикации.

Фото: фирмы-производители

Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!

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».

Что такое вариатор и как он работает?

На сегодняшний день существует множество вариантов коробки передач, и практически любой водитель задается вопросом, какой автомобиль и с каким типом трансмиссии выбрать. И если с автоматической и механической коробками мы все хорошо знакомы, то роботизированная система и вариатор пока мало, кому известны. Давайте разберемся, что такое коробка вариатор и как она работает.

История вариатора

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

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

Что такое вариатор?

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

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

Бесступенчатые трансмиссии бывают двух видов:

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

Принцип работы клиноременной КПП

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

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

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

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

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

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

Устройство клиноременной коробки CVT

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

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

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

Что такое тороидальный вариатор?

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

Устройство тороидального вариатора

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

Плюсы этого типа – более высокая надежность и износостойкость.

Несколько слов о масле и фильтрах

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

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

Какие ремни используются в клиноременных вариаторах?

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

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

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

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

Чем отличается управление машиной с коробкой CVT от прочих?

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

Плюсы и минусы вариатора

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

Основные плюсы CVT:

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

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

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

Вариатор, робот или автомат: что выбрать?

В заключение статьи ответим на вопрос, задающийся на многих форумах. На самом деле здесь все зависит от ваших предпочтений.

Робот – лучший выбор для тех, кто хочет получить преимущества механики и управляемость АКПП.

Автомат – отличный и проверенный временем вариант. У таких автомобилей нет проблем с ремонтом, да и стоимость их ниже, однако при переключении передач на некоторых моделях все еще могут наблюдаться толчки или пробуксовки.

Вариатор – оптимальный выбор, если вы хотите получить хорошую управляемость, оптимальный расход топлива и максимальную оптимизацию. Однако такие автомобили все еще недостаточно распространены в России и, следовательно, имеются сложности при их ремонте (высокая цена расходников и трудности с поиском мастера).

Как видите, объективно самого лучшего варианта не существует, однако, вариатор имеет большие перспективы в развитии и поэтому можно обратить внимание на автомобиль именно с такой КПП.

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.