Что такое кпп вариатор в автомобиле: Вариатор (CVT): что это такое, плюсы и минусы, сравнение и отличия от автомата

Принцип работы вариатора на автомобиле: плюсы и минусы

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.

 

В этой статье:

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

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.

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.

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

В настоящее время существует два типа строения вариатора:

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

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.

• 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).

• Тороидные вариаторы

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.

Товары из категории

Перейти в каталог

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.

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.

что это, как работает и чем отличается от автомата

Отношение автомобилистов к вариаторам неоднозначное. Одни считают их прогрессивным вариантом автоматической коробки передач, а другие стараются избегать такой трансмиссии любыми способами. У каждого есть свои аргументы, в которых мы разберёмся подробнее. Рассказываем, что такое вариатор в автомобиле, в чём его плюсы и минусы.

История бесступенчатой трансмиссии

Изобретателем вариатора считается Леонардо да Винчи. В его чертежах были найдены похожие механизмы, хотя долгое время им не могли найти практическое применение. Ситуация изменилась с появлением больших фабрик. В конце XIX века были запатентованы несколько конструкций вариаторов, которые использовались в металло- и деревообрабатывающих станках. Но даже в этой сфере они оставались редкостью — не существовало достаточно прочных материалов, способных обеспечить надёжность узла.

Коробка-вариатор в машинах появилась ещё в начале XX века. Эксперименты по использованию такой трансмиссии начались в 1910-х годах, но опытные образцы получались слишком ненадёжными и неэффективными. Первым серийным автомобилем с вариатором стала мелкосерийная модификация британского Austin 7, которая также собрала множество негативных отзывов.

К идее бесступенчатой трансмиссии вернулись в 1950-х годах. Итальянские, японские и корейские компании начали массовый выпуск мопедов и скутеров с вариатором. Практика показала, что при малых нагрузках коробка передач проходила десятки тысяч километров без существенных поломок. Идея автомобиля с вариатором витала в воздухе и за её реализацию взялась голландская компания DAF. Первая крупносерийная машина с бесступенчатой трансмиссией выпускалась с 1959 по 1963 год. Всего с конвейера сошли более 30 тысяч компактных седанов.

Вариаторы компании DAF были надёжнее довоенных экземпляров, и всё же они уступали привычным механическим и автоматическим коробкам передач. Ситуация изменилась лишь в середине 1980-х годов, когда появились сверхпрочные стали и лёгкие сплавы, а также электронные станки для прецизионной обработки этих металлов.

Компании Honda и Nissan начали эксперименты по замене гидромеханических коробок передач вариаторами. Чуть позже к ним подключились Audi, Toyota и Subaru. Бесступенчатую трансмиссию также можно встретить в автомобилях Jeep, Chevrolet, Fiat, Suzuki и других. Её доля на рынке постепенно растёт. Но говорить о настоящей революции, способной положить конец господству «автоматов», пока рано. Причины тому кроются в принципе действия коробки передач.

Как устроен вариатор?

Выше мы уже говорили о том, что существует несколько вариантов бесступенчатой трансмиссии. Лучшим вариатором для автомобиля считается клиноременной. В нём есть два конических шкива, которые установлены параллельно и направлены узкими сторонами друг к другу. Один соединён с двигателем, а второй передаёт крутящий момент на колёса машины. Между ними перекинут приводной ремень, который и отвечает за работу трансмиссии.

Шкивы могут смещаться друг относительно друга гидравлическим приводом. В современных вариаторах он управляется электроникой, которая выбирает нужный режим работы в зависимости от дорожной обстановки. При этом ремень скользит по конической поверхности, переходя на тот или иной диаметр. Если выбрать малый радиус на ведущем шкиве и большой — на ведомом, мы получим понижающую передачу, если наоборот — повышающую.

Такой принцип работы вариатора на автомобиле позволяет бесступенчато изменять передаточное число. Причём теоретический максимум достигает впечатляющих 12:1, тогда как у механических и автоматических коробок передач он ограничивается на уровне 9–10:1. Считается, что это самый эффективный и прогрессивный вариант трансмиссии на сегодняшний день.

К сожалению, работа вариатора в автомобиле не безупречна. Слабым звеном коробки передач становится приводной ремень, который быстро изнашивается при высоких нагрузках. Кроме того, бесступенчатой трансмиссии требуется особое масло — оно должно замедлять износ трущихся пар, но обеспечивать при этом должное сцепление ремня со шкивами. Для решения проблемы Audi и Subaru перешли на металлическую цепь. Интересно, что в вариаторах Multitronic и Lineatronic со шкивами соприкасаются оси звеньев, а не боковые поверхности. Такое решение улучшает сцепление, хотя и увеличивает нагрузки в пятне контакта.

Ближе к идеалу

Столкнувшись с конструктивными недостатками бесступенчатой трансмиссии, некоторые производители отказались от неё на 10–20 лет. Но с появлением новых технологий эксперименты продолжились. Всё началось с гидротрансформатора — как и в «автоматах», здесь он разрывает поток крутящего момента при торможении и плавно наращивает мощность во время старта. Для уменьшения нагрузок на вариатор инженеры создали алгоритм принудительной блокировки гидротрансформатора. Сейчас этот узел жёстко фиксируется при выходе на равномерный режим движения.

Японские компании Aisin и Jatco также предложили альтернативный принцип действия вариатора на автомобиле. Они ввели в него механическую «первую передачу». Во время старта шкивы такой бесступенчатой трансмиссии блокируются при помощи шестерни с фиксированным передаточным отношением. По мере роста скорости происходит расцепление, и работа перекладывается на ремень. Это также замедляет износ узла.

Водители также жаловались на шумность ранних вариаторов. Дело в том, что эти коробки передач выбирали оптимальные обороты двигателя и далее меняли только передаточное отношение шкивов. В результате равномерный гул мотора быстро надоедал присутствующим в салоне, вызывая ощущение усталости и раздражения. Чтобы справиться с таким недостатком, инженеры предложили «виртуальные передачи». Это фиксированные положения ремня на шкивах, которые допускают некоторое изменение оборотов двигателя. В некоторых автомобилях предусмотрено даже ручное переключение между такими режимами работы.

Негативные отзывы также касались «скучного» поведения машин, в которых установлен вариатор. Решение также нашлось в электронном управлении. Программисты предложили водителям «спортивные» и «экономичные» режимы, которые изменяли диапазон допустимых оборотов двигателя. С появлением вариаторов в кроссоверах также началась разработка «грунтовых» и «снежных» программ, повышающих проходимость и замедляющих износ трансмиссии.

Альтернативный вариант

В некоторых автомобилях вариатор работает по другому принципу. В тороидальной трансмиссии нет ремня. Её основа — два конических шкива, которые устанавливаются на одной оси на расстоянии в пару сантиметров или даже миллиметров друг от друга. Они соединены роликами, вращающимися в вертикальной плоскости и поворачивающимися в горизонтальной.

Когда ролики смещаются вперёд, они соприкасаются с большим диаметром ведущего шкива и меньшим диаметром ведомого, позволяя получить понижающую передачу. Повернув их назад, можно получить повышающую передачу. Теоретически, такая конструкция должна была быть меньше, легче, прочнее и надёжнее клиноременных и цепных вариаторов. Но эксперименты компаний Mazda, Ford, Nissan, Jatco и Torotrak показали, что тороидальная трансмиссия оказалась очень дорогой в производстве и обслуживании. Из-за чрезмерно высокого трения в пятне контакта ей требовались сверхпрочные сплавы и масла, рассчитанные на работу при экстремально высоких температурах.

Преимущества вариаторов

Главным плюсом для большинства производителей стала простота бесступенчатой трансмиссии по сравнению с традиционными гидромеханическими «автоматами». Такая коробка передач дешевле, что позволяет сделать машину массовой и доступной.

Ещё одна причина массового распространения вариаторов в автомобилях — высокий коэффициент полезного действия при размеренном движении. Электроника и гидравлика бесступенчатой трансмиссии выбирают такое передаточное число, при котором расход топлива сводится к минимуму. В отличие от «механики» и «автомата» его можно менять плавно, удерживая динамические характеристики максимально близко к идеалу. В результате автомобиль становится экономичным и экологическим безопасным.

Именно эти причины стали причиной постепенного отказа от гидромеханических коробок передач — простота, дешевизна, экономичность и экологичность вариаторов.

Но бесступенчатая трансмиссия даёт преимущества не только для производителей. Водители также получают множество плюсов:

1. Плавный старт без рывков, вибраций и ударов. 
2. Низкую нагрузку на двигатель благодаря работе в оптимальном диапазоне оборотов.
3. Меньший вес автомобиля, который улучшает разгон и снижает расход топлива. 
4. Большее пространство в салоне — вариатор занимает меньше места по сравнению с «автоматом». 
5. Сниженный уровень шума и вибрации. 
6. Быстрый подбор нужного передаточного числа, отсутствие разрывов при передаче крутящего момента колёсам.

Недостатки вариаторов

Законы физики неумолимы. Поэтому даже самые совершенные конструкции изнашиваются, ломаются и досаждают мелкими проблемами. Зная, чем отличается вариатор в автомобиле от «автомата», можно выделить следующие минусы:

1. Чувствительность к нагрузкам и температуре. Классическая бесступенчатая трансмиссия боится долгой езды при малой и высокой скорости, поэтому инженеры придумывают блокировку гидротрансформатора и жёсткое сцепление шкивов шестернёй. Такая проблема существует и в новейших коробках передач, поэтому водителям стоит избегать динамичной езды и движения «в натяг».
2. Машину на вариаторе нельзя буксировать. Исключение — модели, в которых предусмотрен аварийный режим, расцепляющий двигатель и трансмиссию. При попытке оттянуть автомобиль к месту ремонта ведомый вал будет вращаться, а ведущий останется заблокированным. Это приведёт к быстрому износу ремня и шкивов.
3. Быстрый износ при пробуксовках, резких рывках и ударных нагрузках. Из-за этого нежелательно буксировать на вариаторе другую машину, выезжать на бездорожье и тянуть тяжёлый прицеп. Кроме того, поломка может настигнуть вас после удара колёсами о лежащий в луже кирпич или после неудачной попытки взобраться на бордюр.
4. Требовательность к обслуживанию. Вариатор желательно обслуживать чаще, чем гидромеханическую коробку передач — менять масло и фильтры, а также чистить магниты для сбора стружки каждые 25–30 тысяч километров. Некоторые производители указывают межсервисный интервал в 50–75 тысяч километров пробега, но такие оценки оказываются слишком смелыми. Если вы хотите, чтобы коробка передач служила долго и не огорчала вас поломками, придерживайтесь первой цифры.
5. Меньший опыт эксплуатации. Вариаторы используются сравнительно недолго — с 1980-х годов, тогда как гидромеханические «автоматы» появились ещё в 1930-х. Из-за этого некоторые из них страдают врождёнными дефектами — перегревом электронного блока, засорением клапанов гидравлики и так далее. В новых машинах таких поломок становится всё меньше, но они встречаются и по сей день.

Как продлить срок службы вариатора?

Бесступенчатая трансмиссия — это хорошая альтернатива гидромеханической коробке передач для тех, кто предпочитает размеренную езду. Чтобы увеличить её ресурс, нужно соблюдать простые требования:

• плавно трогаться с места и отказаться от резких манёвров;
• при поездках на большие расстояния периодическим менять режим движения — иногда сбавлять скорость;
• отказаться от выезда на бездорожье даже если вариатор установлен на кроссовере с полным приводом и высоким клиренсом;
• своевременно менять масло и выбирать оригинальные расходные материалы, рекомендованные производителем;
• при каждом визите на сервис проверять систему охлаждения трансмиссии и чистить её при необходимости;
• при необходимости перемещать автомобиль с вариатором на эвакуаторе и отказаться от буксировки других машин;
• при остановках дольше 2 минут переводить селектор управления трансмиссией в положение P или N. При коротких паузах делать этого не стоит.

Чтобы проверить вариатор при покупке подержанного автомобиля, нужно устроить тест-драйв. Признаками неисправности будут вой или скрежет при движении, запоздалая реакция на нажатие педали газа и слабая динамика ускорения.

01.02.2022

Что такое вариатор и как он работает

« Вернуться к Глоссарию Указатель

Вариатор (CVT) — это бесступенчатая трансмиссия, которая в определенном диапазоне позволяет добиться наиболее плавного изменения передаточного числа. Главное отличие вариаторной коробки передач от аналогов – достаточно эффективное использование мощности двигателя внутреннего сгорания.

Вариаторная коробка (постоянно меняющаяся трансмиссия) позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузки двигателя, скорости автомобиля и т.д. В результате вариатор позволяет добиться высокой топливной экономичности.

Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора

Начнем с того, что существует несколько типов коробок передач CVT. Однако в автомобилях используется клиноременный и тороидальный вариатор, тогда как клиноременный вариатор встречается гораздо чаще.

Устройство современной вариаторной коробки включает в себя следующие элементы:

• Специальный механизм, отвечающий за передачу крутящего момента от двигателя к вариатору, а также отключающий коробку и ДВС при переводе в нейтраль ;
• Сама вариаторная коробка (другое название «трансмиссионный вариатор»), а также отдельный механизм, позволяющий автомобилю двигаться назад;
• Электронная система управления коробом с входными и выходными датчиками;

Для передачи крутящего момента от двигателя можно использовать гидротрансформатор, центробежную автоматическую муфту, электромагнитную муфту с электронным управлением и многодисковую муфту. Часто для этих целей используется гидротрансформатор (ГДТ), позволяющий добиться плавности хода и тем самым увеличить ресурс вариаторной коробки передач.

Что касается самой коробки передач, то клиноременный вариатор включает одну или две ременные передачи. Эта трансмиссия на самом деле представляет собой два шкива, которые соединяет клиновой ремень. Шкив образует пару конических дисков, и диски могут двигаться и расширяться. Таким образом, можно изменить диаметр самого шкива.

Для перемещения конусов используются гидравлическое давление, сила пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом 20°. Это позволяет ремню скользить по поверхности шкива с минимальным сопротивлением.

На начальном этапе такие вариации комплектовались резиновым ремнем, но ресурс самого ремня оказался мал. Сегодня вместо резины установлен металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе коробки передач создается меньше шума, а также решение служит гораздо дольше, чем резиновый аналог.

Сила трения передает вращение между шкивами вариатора и боковой поверхностью ремня. Кроме того, в некоторых вариаторах может использоваться стальная цепь. В данном случае речь идет о клино-цепном вариаторе.
Этот тип отличается от клиноременного вариатора тем, что торцевая поверхность цепи передает крутящий момент при ее точечном контакте с коническими дисками. При этом конические диски изготовлены из прочной стали, а клино-цепной вариатор имеет наилучший КПД.

Также отметим, что вариатор не способен обеспечить возможность движения назад. В коробку интегрированы различные механизмы, чтобы у автомобиля с такой коробкой передач была задняя передача. Чаще всего это планетарная коробка передач, которая активно используется в АКПП.

Что касается управления вариатором, то система электронная; производит асинхронные изменения диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Сцепление и планетарная коробка передач также управляются.

Водитель управляет коробкой передач с помощью селектора, а сами режимы напоминают режимы работы гидромеханической АКПП. Более того, в вариаторной коробке можно выбрать фиксированные передаточные числа, что позволяет реализовать функцию ручного переключения передач, как Типтроник, на АКПП.

Добавим также, что тороидальный вариатор отличается от описанных выше ременно-цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидальную поверхность. Ролики зажаты между валами.

Для изменения передаточного числа в таком вариаторе необходимо изменить положение роликов. В этом случае крутящий момент передается с помощью сил трения между рабочими поверхностями.

Как работает вариатор в автомобиле

Если говорить о принципе работы коробки вариатора, то диаметр шкива вариатора постоянно меняется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только заводится, ведущий шкив вариатора имеет наименьший диаметр; то есть конические диски полностью разведены.

Ведомый диск в этот момент имеет наибольший диаметр, когда конические диски максимально сжаты. Когда частота вращения двигателя начинает расти, диаметр ведущего шкива увеличивается, а диаметр ведомого шкива уменьшается, что позволяет уменьшить передаточное число.
Как видите, вариатор за счет уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет работать двигателю на оптимальном режиме для получения максимальной мощности и достижения лучшей динамики.

Плюсы и минусы вариатора

Во-первых, такая трансмиссия бесступенчатая. Это означает, что во время движения нет необходимости переключаться на так называемые «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, отсутствуют задержки между переключениями со ступени (передачи) на ступень.

В результате достигается максимальный комфорт при управлении автомобилем с вариатором. Однако это решение не лишено недостатков. Во-первых, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту; то есть на автомобили с мощным двигателем вариатор не устанавливается. Еще одним недостатком является сложность устройства самой трансмиссии вариатора, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.

« Назад к Глоссарию Индекс

Вариатор: что это за штука?

«На автомобиль установлен бесступенчатый вариатор» — такое словосочетание многие из нас встречали, листая автомобильные каталоги. Или вы могли видеть это словосочетание в таблице технических характеристик. Все знают, что такое МКПП (кроме американцев), к автомату тоже все давно привыкли (особенно американцы). А вот вариатор относительно неизвестен. Но это не новинка.

Вы будете удивлены, узнав, что это изобретение не принадлежит ни Honda, ни даже Mercedes. Патент на вариатор был выдан в конце 19 века! Тем более что первый вариатор был изобретен в 1490 году. Его автором был добродушный бородач Леонардо да Винчи.

Однако первый работоспособный автомобиль с таким типом трансмиссии появился не в эпоху Возрождения, а позже – лет через пятьсот, в 1950-х годах. Вариатор серийно устанавливался на автомобили DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовые, но и легковые автомобили). Потом Volvo начала выпускать что-то подобное, но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили только сейчас.

На самом деле вариатор (тоже бесступенчатая трансмиссия) — это, извините за тавтологию, разновидность автоматической коробки передач. И на первый взгляд, оснащенный им автомобиль ничем себя не выдает – педалей всего две и рычаг переключения режимов трансмиссии – P, R, N, D – такой же, как у автомобиля с обычным автоматом. передача инфекции. Все знакомо. А вот вариатор работает совсем по другому принципу. В нем нет фиксированных первой, второй, десятой передач. Попробуйте представить, сколько звезд в нашей вселенной или сколько песчинок на всех пляжах Земли вместе взятых — у вариатора все же гораздо больше передач. А «переключение передач» плавное и незаметное.

Поэтому нет рывков при запуске и «переключениях». И не зря мы написали это слово в кавычках: сдвигов как таковых нет. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере ускорения или торможения автомобиля.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные с регулируемыми шкивами, цепные, тороидальные… Первый тип наиболее распространен. Посмотрим, как это работает. Вот хороший пример: возьмем два карандаша (цилиндра), лежащие параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их между собой резинкой и начинаем выворачивать одну из них. Второй начинает вращаться сразу – с той же скоростью. А вот если карандаши разного диаметра, то совсем другая история, при этом один из них, что побольше, сделает один оборот, второй, скажем, — два.

Вариатор выглядит так, но диаметр «карандашей» постоянно меняется. Он имеет два шкива, каждый из которых выполнен в виде пары обращенных друг к другу конусов с заостренными концами. А между шкивами зажат клиновой ремень.

Теперь, если каждая из пар конусов может двигаться друг к другу и обратно, мы получим шкивы с переменным диаметром. Ведь при разъединении конусов ремень, соприкасающийся с ними, своими ребрами как бы упадет на центр шкива и обежит его по небольшому радиусу. А при сближении конусов — по большому радиусу.

Осталось только снабдить оба шкива системой (как правило, это гидравлика, но могут быть и какие-то другие сервоприводы), которая будет строго синхронно сдвигать половинки первого шкива и толкать половинки второго. А если один шкив на ведущем валу (который идет от двигателя), а второй на ведомом валу (который идет на колеса), то можно организовать изменение передаточного отношения в очень широких пределах.

Остается только добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для передачи заднего хода), и это может быть, скажем, обычная планетарная передача. И коробка передач вариатора готова.

Кстати, есть интересный вопрос — что за ремень здесь используется? Конечно, обычный ремень из резины и ткани, наподобие тех, что вращают генераторы и прочее навесное оборудование, не протянет здесь и тысячи километров. Ремень в клиноременных вариаторах имеет сложную компоновку.

Может представлять собой стальную ленту с определенным покрытием или набор стальных канатов (лент) составного сечения, на которые нанизано огромное количество тонких поперечных стальных пластин трапециевидной формы, края которых входят в зацепление со шкивами . По сути, именно таким образом удалось создать нажимной ремень, передающий мощность не только на ту его половину, которая идет от ведомого к ведущему шкиву, но и на противоположную. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложится, а стальной бандаж приобретает жесткость.

Кстати, цепь из широкой пластинчатой ​​стали можно использовать и как клиновой ремень, касаясь своими краями конусов. Именно такой «ремень» работает в вариаторах автомобилей Audi.

Интересно, что для смазки цепи используется специальная жидкость, меняющая свое фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом. Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие практически без проскальзывания, несмотря на очень маленькую площадь контакта.

То, как вариатор будет изменять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. При разгоне на обычном автомобиле мы разгоняем двигатель до оборотов на каждой передаче, затем переключаемся на следующую передачу и так далее. Когда автомобиль с вариатором разгоняется, двигатель остается на тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), но передаточное число меняется плавно.

Это создает несколько странное ощущение. Нажимаешь педаль газа в пол, двигатель выходит на высокие обороты, и остается на них на протяжении всего разгона, воя как пылесос. Зато скорость разгона высокая, и при переключении между передачами не тратится время.

Однако в некоторых случаях вариатор настраивают так, что разгон с ним больше напоминает прирост скорости с обычной коробкой передач, с постепенным увеличением оборотов двигателя.

Конечно, когда вы пытаетесь заехать в гору или притормозить машину, умный вариатор не оставит включенной высшую передачу, несмотря на нажатие педали газа. Шкивы быстро отойдут назад для уверенного штурма высоты — для увеличения крутящего момента на выходе редуктора.

А на некоторых автомобилях также можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже с 8), задаваемыми электроникой. Передачи, между которыми вариатор будет резко прыгать, как у классической АКПП. При этом вы также можете переключать «шестерни» по своему желанию. Как на АКПП с ручным секвентальным режимом.

Таким образом, вариатор имеет массу преимуществ. Но есть и недостатки. Например, относительно небольшая, по современным меркам, «переваренная» мощность двигателя. Не зря такие коробки передач начали свое шествие по миру на автомобилях малого класса. Да и сейчас мощные автомобили все очень часто комплектуются либо механическими коробками передач, либо классическими автоматическими, либо полуавтоматическими.

Хоувер, прогресс есть. И здесь нельзя не вспомнить рекордсменов. Например, клиноременный вариатор Multitronic (с цепью) на Audi A4 2.0 TFSI без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».

Кто-то может возразить, что класс D — это еще не все. 200 л.с. уже нельзя назвать такой большой суммой для автомобилей представительского и бизнес-класса, а тем более для большого внедорожника. Но этим достижения самых современных вариаторов не ограничиваются. Так, кроссовер Nissan Murano с 3,5-литровым V6 мощностью 234 л.с. оснащен клиноременным вариатором X-Tronic. Это одна из самых больших и тяжелых моделей, оснащенных вариатором. А что будет завтра?

Вторым недостатком вариаторов является относительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а потому недешевая трансмиссионная жидкость. Ременные вариаторы могут требовать замены ремня каждые 100-150 тысяч километров пробега. При этом масло стоит чуть дороже, чем для АКПП, но и менять его можно чуть реже – примерно через 40-50 тысяч километров для разных моделей автомобилей.

И все же вариаторы все чаще встречаются на автомобилях различных классов, к тому же они обычно дешевле хороших автоматических коробок передач классического типа.

Так как вариаторы имеют бесконечное количество передач, они позволяют двигателю работать в самых выгодных режимах – нужна ли нам максимальная мощность (на светофорных гонках), или, наоборот, плавность и наименьший расход топлива (при езде спокойно). Поэтому модели с вариаторами отличаются при прочих равных высокой экономичностью в сочетании с не менее достойной динамикой.