Как работает коробка вариатор

Что такое вариатор

Может показаться удивительным, но история появления вариаторов насчитывает уже порядка 150 лет. Они были популярны в механизмах приводов швейных машин и использовались в промышленном оборудовании еще в ХIX веке. В дальнейшем вариаторы стали устанавливаться на мототехнику, а вот, что касается автомобильного транспорта, то здесь вариаторные коробки передач долгое время не приживались ввиду их невысокого ресурса, а также сложности управления при передаче значительного крутящего момента. Во второй половине ХХ века внедрением вариатора определенное время занимались специалисты компаний DAF и Volvo, однако решить проблему малого ресурса долгое время не удавалось. И только лишь после того, как усовершенствованием данного типа КПП вплотную занялись инженеры нескольких японских автопроизводителей, вариатор стал набирать популярность и массово устанавливаться на серийных автомобилях.

С технической точки зрения вариаторная коробка передач представляет собой трансмиссию бесступенчатого типа. Другое ее название – CVT (от англ. Continuously Variable Transmission). Благодаря особой конструкции и использованию внешнего управления переключение передач в вариаторе осуществляется плавно, с бесступенчатым изменением передаточного числа. Выбор оптимального передаточного соотношения происходит автоматически, посредством сопоставления внешней нагрузки с оборотами силового агрегата. Принцип функционирования вариатора позволяет задействовать мощность мотора машины с максимальной эффективностью.

Основные виды вариаторов и принцип их работы

Сегодня каждый автопроизводитель располагает собственными наработками в области инженерии трансмиссий, в том числе, вариаторов. Тем не менее, все существующие на сегодняшний день коробки передач CVT принято разделять на два типа: клиноременный и тороидальный.

Клиноременный вариатор состоит из двух шкивов и ремня с трапецеидальным сечением. Каждый из шкивов представляет собой два конических диска, благодаря которым появляется возможность менять диаметр и передаточное число исходя из скорости вращения мотора. Ряд производителей нередко вместо традиционного ремня применяют цепь, а некоторые компании изготавливают ремень из особых металлических пластин. Впрочем, на принцип работы вариатора с точки зрения способа передачи тяги эти особенности влияния не оказывают.

За работу дисков каждого шкива отвечает электронная система, состоящая из датчиков с сервоприводами и центрального блока управления. Общий принцип работы системы следующий. Обладая клиновидной формой, ремень вступает в контакт с каждым из шкивов только лишь боковыми поверхностями. Изнашиваясь со временем, ремень словно «впивается» в шкив, сохраняя тем самым необходимый уровень сцепления. Вращение коленчатого вала передается ведущему шкиву. Его конструкция такова, что в случае увеличения оборотов двигателя «щеки» дисков постепенно сжимаются, тем самым выталкивая ремень от центра к ободу. Одновременно с этим, «щеки» дисков ведомого шкива разжимаются, что утапливает ремень к центру. Таким образом, происходит изменение радиусов вращения, а, значит, и передаточных отношений в бесступенчатом режиме. По сути, при такой схеме можно получить сколь угодно много передаточных чисел, а не только какие-то фиксированные значения. С ростом оборотов мотора происходит постепенное сжимание ведущего шкива с одновременным разжиманием ведомого, что гарантирует сохранение натяжения ремня. Если водитель сбрасывает обороты мотора, отпуская педаль «газа», внутри вариатора происходит противоположный процесс.

Несколько иной принцип работы у коробки-вариатора тороидального типа. Она располагает парой колес со сферической рабочей поверхностью. Между этими колесами зажимается ролик. Как и шкивы ременного вариатора, колеса тороидального CVT разделяют на ведущее и ведомое. Передаточное число меняется в данном случае посредством силы трения, которая возникает между поверхностями колес и ролика.

Когда ролик меняет свое положение относительно поперечной плоскости, происходит изменение передаточного числа в ту или иную сторону. При горизонтальном положении ролика ведомое колесо будет вращаться со скоростью, равной скорости вращения ведущего колеса. Но стоит ролику повернуться, происходит немедленное изменение скорости вращения ведомого колеса относительно ведущего. Поскольку в пятне контакта ролика и поверхности колеса возникает довольно серьезное усилие, разработчики вариатора предусмотрели использование специальных устройств, способствующих преодолению притяжения ролика к поверхности колеса. К примеру, тороидальная система Extroid, применяемая на многих моделях автомобилей Nissan, оснащается специальным устройством, работающим под управлением электроники. Благодаря такому устройству прецизионный гидромеханизм меняет расположение узла с роликами на микроскопическую величину в вертикальной плоскости. Сдвиг, производимый относительно оси колес, провоцирует самостоятельный поворот ролика.

Плюсы и минусы коробки-вариатора

Ввиду нескольких очевидных преимуществ вариатора многие специалисты считают этот тип коробок передач более перспективным и удобным по сравнению с традиционными агрегатами гидромеханического типа. Однако окончательный ответ на вопрос, что лучше: вариатор или автомат, дать вряд ли получится. Это сравнение будет уместно только в случае сопоставления конкретных моделей трансмиссий определенных производителей. Тем не менее, какие-то общие моменты выделить можно.

Преимущества вариаторной коробки передач (CVT):

• автомобиль, оборудованный коробкой-вариатором гораздо плавнее в движении. Даже неопытный водитель будет чувствовать себя за рулем более уверенно, поскольку вариатор исключает рывки и дергания автомобиля. При разгоне машины, оборудованной данным типом трансмиссии, звук ее мотора напоминает ускорение электромобиля или работу электростеклоподъемников, а рост скорости сопровождается лишь небольшим повышением шума;
• благодаря конструктивныи особенностям вариатора оснащенный им автомобиль будет ощутимо резвее машины с аналогичным по мощности двигателем, но оборудованной традиционной коробкой-автоматом. Дело в том, что ступенчатый алгоритм переключения передач, даже в автоматическом режиме, потребует больше времени для смены передач;


• машина с вариатором не сможет скатиться под уклон и не заглохнет неожиданно на перекрестке. В любом случае автомобиль с вариатором начнет движение в соответствующем направлении;
• плавное увеличение скорости и постепенное торможение положительно сказываются на показателе топливной экономичности и экологичности силового агрегата;
• электронная система, управляющая работой вариатора, обеспечивает щадящий режим работы двигателя, что в свою очередь благоприятно значительно уменьшает интенсивность износа основных деталей мотора.

Однако, невзирая на неоспоримые преимущества, в ближайшее время вариаторные коробки передач вряд ли смогут полностью вытеснить гидромеханические «автоматы» ввиду наличия следующих недостатков:

• несмотря на надежность конструкции современных вариаторов, эти коробки по-прежнему не могут устанавливаться на машинах, оснащаемых моторами с максимальной мощностью более 200 лошадиных сил. Таким образом, большинству современных внедорожников и больших седанов данный вид трансмиссии «противопоказан». Это объясняется наличием у вариатора «слабых мест», каковыми являются ремень в клиноременном агрегате и ролик с колесами в тороидальных механизмах;
• трансмиссионная жидкость, заливаемая в коробку-вариатор, гораздо дороже аналогичного продукта, используемого для автоматических коробок передач. Кроме того, жидкость, предназначенную для определенной модели автомобиля, нельзя заменить аналогом;


• применение большого количества датчиков делает автомобиль чувствительным к внезапным перебоям в бортовой электронике. Исчезновение контакта или выход из строя какого-либо элемента нередко заканчиваются аварийной остановкой машины;
• неразвитость сети сервисного обслуживания коробок-вариаторов обусловила высокую стоимость их ремонта. Отсутствие квалифицированных кадров, а также дороговизна и редкость запчастей являются явным сдерживающим фактором.

Взвешивая все плюсы и минусы вариатора, стоит отметить, что данный тип трансмиссии является на сегодня самым передовым. Сравнительная простота конструкции, плавность хода автомобиля и лучшая динамика разгона при невысоком топливном расходе делают коробку передач CVT очень перспективным агрегатом. В то же время ряд конструктивных особенностей вкупе с ограниченным сроком службы отдельных узлов не позволяют вариатору стать безоговорочным лидером.

avtonam.ru

Принцип работы

Сначала следует понять, что значит вариаторная коробка передач. После этого будет проще представить принцип её действия. Это один из видов АКПП, позволяющий плавно передавать крутящий момент от силовой установки на колёса. Такая коробка не имеет предустановленных передач, но даёт возможность изменять передаточное число в автоматическом либо ручном режиме.

АКПП-вариатор, в отличие от роботизированной и автоматической трансмиссий, не имеет переменных передач, и при смене передаточного отношения толчки отсутствуют. Набор скорости происходит плавно. Согласно характеристикам, её КПД несколько выше в сравнении с конкурентами.

На сегодняшний день в автомобилестроении используется два типа вариаторов:

• клиноременной — устанавливается в большинстве машин;
• тороидальный — имеет довольно сложную конструкцию и применяется довольно редко.

Передаточное отношение меняется благодаря изменению диаметра шкивов, имеющих коническую форму и состоящих из двух частей. Они установлены на вале и могут перемещаться в горизонтальной плоскости. В точке контакта ремня со шкивом в зависимости от скорости и нагрузки постоянно изменяется диаметр.

Это может означать следующее: во время начала движения авто ведущий шкив должен иметь минимальный диаметр — и его половинки расходятся. Части ведомого шкива в этот момент сходятся, чтобы достичь максимального диаметра. Таким образом, ведущий шкив делает несколько оборотов и в результате смещает ведомый на один. Нагрузка на двигатель в такой ситуации минимальна, и он может легко работать.

Тороидальные вариаторы работают по иному принципу. В них для передачи усилия используются ролики тороидальной формы, расположенные на одной оси между валами. Для изменения передаточного отношения следует сменить положение роликов. Если переместить их в направлении ведомого вала, то диаметр в точке их контакта будет максимальным. Во время набора скорости ролики двигаются в направлении ведомого вала. Именно так работает коробка вариатор тороидального типа.

Устройство трансмиссии

Так как на сегодняшний момент наиболее распространённым является клиноременной вариатор, стоит рассматривать именно его устройство. Для обеспечения плавного соединения с силовой установкой вариаторная КПП оснащается системой сцепления. Большинство производителей сегодня активно используют гидротрансформатор, напоминающий те, что устанавливаются на обычный автомат. Однако некоторые фирмы могут применять и другие, например многодисковые или центробежные.

Использование гидротрансформатора обусловлено хорошей производительностью и отличными техническими характеристиками. Хотя конструкция вариаторной трансмиссии довольно сложная, можно отметить её основные элементы.

1. Валы с установленными на них подвижными конусами — их устройство уже описывалось в разделе выше.
2. Ремень — необходим для соединения двух валов. Этот элемент конструкции состоит из металлических лент, которые крепятся между собой фасонными деталями, позволяющими придать ремню форму клина.
3. Смазочный материал — это важная составляющая вариатора. Чаще всего используется жидкость ATF. Масло в этом виде трансмиссии используется не только для смазки вращающихся деталей. При изменении давления оно помогает конусам перемещаться.


4. Масляный насос — необходим для нагнетания давления в системе.
5. Гидроблок — управляет подачей масла к тому или иному валу.
6. Фильтры — необходимы для улавливания мелких частиц металла, образующихся при износе ремня и шкивов, а также другой грязи.
7. Радиатор — ни одна вариаторная трансмиссия не обходится без этого элемента, так как при высоких нагрузках температура системы значительно увеличивается.
8. Блок управления — необходим для управления электроникой.

Это довольно краткое описание устройства трансмиссии, но оно позволяет лучше понять, что значит коробка вариатор для машины. Следует заметить, что первые модели вариаторной трансмиссии не позволяли автомобилю двигаться задним ходом. Сегодня для этого в них устанавливаются планетарные механизмы.

Преимущества и недостатки

Люди ещё не придумали устройств, полностью лишённых недостатков. Вариаторная коробка передач не является исключением. Не все автолюбители приняли её хорошо.

Среди преимуществ этого типа КПП можно отметить:

• бесступенчатое изменение скорости — при переключении передаточного числа рывки отсутствуют;
• эффективно используется мощность — коробка передач способна поддерживать необходимое количество оборотов, что положительно влияет на расход топлива;
• не подвержена влиянию ландшафта — даже если авто движется в гору, плавное уменьшение передачи не позволит замедлить скорость;
• выше динамика разгона — в обычной и автоматической КПП для смещения шестерёнок требуется некоторое время, а в вариаторной трансмиссии переключение передач происходит значительно быстрее;
• сравнительно простая конструкция — особенно это заметно при сравнении с автоматом, состоящим из большого количества элементов;
• лёгкий старт автомобиля — каким бы навыком езды ни обладал водитель, вариаторная трансмиссия предоставляет возможность плавно тронуться с места, и даже новичок не сможет быстро износить эту КПП;
• легко эксплуатируется зимой — вариатор в меньшей степени подвержен замерзанию, и это существенное преимущество.

Что касается слабых сторон вариаторной КПП, к ним, в первую очередь, относится необходимость частого техобслуживания. Ремень является слабым звеном всей конструкции, и производители рекомендуют менять его после каждых 60 тыс. км пробега. Для сравнения, у АКПП этот показатель составляет 100 тыс. Не каждая станция технического обслуживания возьмётся за ремонт вариатора.

Так как прочность всего механизма не самая высокая, коробка передач не может выдерживать серьёзные нагрузки. Именно поэтому вариатор довольно редко используется во внедорожниках. Для нормальной работы вариаторная трансмиссия должна получать большое количество сигналов от различных датчиков. Если хотя бы один из них выходит из строя, возможны проблемы.

Правила эксплуатации

Чтобы трансмиссия прослужила максимальное количество времени, её следует правильно использовать. В первую очередь, водитель должен постоянно следить за уровнем специальной жидкости в КПП. Если во время поездок обходиться без высоких нагрузок, жидкости хватит на весь срок работы. В зимнее время стоит не перегружать трансмиссию и давать ей достаточно времени для прогрева перед началом поездки.

motorsguide.ru

Как работает вариатор?

Если совсем не разбираться в работе вариатора, то может показаться, что внутри автомобиля сидят человечки и обеспечивают плавную езду машины — примерно как на рисунке

В отличие от традиционных автоматических коробок передач, бесступенчатая ​​коробка передач (что и есть вариатор) не имеет определённого количества передач как такового, что означает, что она не имеет зубчатых шестерён. Наиболее распространённый тип вариатора работает на гениальной системе шкивов, что позволяет наличествовать бесконечным числом передач за счёт изменений толщины между двумя валами: ведущим и ведомым — без каких-либо дискретных шагов. А теперь поподробнее о самом главном: как же работает вариатор — каков общий принцип работы CVT?

В основе работы вариатора лежит принцип рычагов. Давайте постараемся визуализировать работу вариатора (а затем взглянем на картинку ниже). Представьте себе 2 вала, находящиеся рядом друг с другом, на разных концах которых прикреплены по конусообразному наконечнику. Эти валы расположены так, что конусы расположены на одном уровне рядом друг с другом (и каждый из конусов направлен в противоположные стороны). Теперь соединим эти два вала с конусами ремнём или цепью и придумаем такую конструкцию, чтобы мы могли перемещать валы вдоль их оси (перпендикулярно этому ремню), но этот ремень или цепь оставались на одном уровне. Таким образом, мы получим самый настоящий вариатор: представим, что один из этих валов ведущий (приводится в движение двигателем), а другой — ведомый (он раскручивается первым валом). Теперь, так как наконечники у нас конусообразные, мы, смещая один из валов (например, ведомый) немного назад, уменьшим изгиб ремня вокруг него, а сместив ведущий ремень также назад, мы, наоборот, увеличим радиус изгиба уже вокруг конуса ведущего ремня. Таким образом, мы получим такую ситуацию, когда ведущему валу надо сделать всего, к примеру, 2 оборота, чтобы раскрутить ведомый вал на 10 оборотов — получается, что при одном количестве оборотов двигателя, автомобиль будет ехать очень быстро. Если мы сместим теперь оба вала, наоборот, вперёд, то мы аналогично достигнем того, что ведущий вал сделает 10 оборотов, а ведомый — всего 2, что позволит нам забраться в крутую горку, тронуться с места или тянуть за собой тяжёлый груз.

Ниже на картинке визуально представлено то, что описано абзацем выше, за исключением лишь того, что конусы в реальном вариаторе не простые, а имеют по два шкива (на каждом валу по два шкива, которые обращены друг к другу и между которыми проходит ремень):

Видите, как меняется окружность двух концов ремня по мере того, как сужаются и расширяются конусы — именно за счёт этого меняется передаточное число между двигателем и колёсами автомобиля!

Если сравнить вариатор с автоматом — точнее, с планетарной системой автоматической коробки передач, то в последней Вы увидите сложный мир передач, тормозов, муфт, масляных каналов и регулирующих устройств. Для сравнения, вариатор по своему принципу работы является истинным идеалом простоты. Большинство современных вариаторов имеют только три основных компонента:

• Цепь высокой мощности или резиновый ремень особо состава также высочайшей прочности
• 2 конусообразных шкива, обращённых друг к другу, на ведущем валу
• 2 конусообразных шкива, обращённых друг к другу, на ведомом валу

Ну и, конечно же, работу вариатора очень сложно себе представить без отточенной работы бортового компьютера, который обеспечивает изменение положения шкивов в зависимости от нагрузки и скорости автомобиля. Таким образом, вариатор состоит из различных микропроцессоров и датчиков, но три компонента, описанные выше, являются ключевыми элементами, которые составляют «сердце» технологии работы вариатора.

Каждый шкив состоит из двух 20-градусных конусов, обращённых друг к другу. Ремень или цепь входит в паз между двумя конусами. В случае с вариатором клиновидные (в виде трапеции, если смотреть в разрез) ремни являются предпочтительными, если ремень выполнен из резины. Клиновые ремни, собственно, и получили своё название от того, что ремни имеют V-образное сечение, что увеличивает площадь соприкосновения и, соответственно, трение при сцеплении ремня со шкивами.

Когда два конуса шкива находятся далеко друг от друга, ремень движется глубже в образовавшейся канавке, и радиус петли ремня вокруг шкива уменьшается. Когда шкивы сближаются (когда диаметр уменьшается), ремень поднимается в канавке, и радиус петли ремня вокруг шкива, соответственно, становится больше. В вариаторах могут использоваться гидравлическое давление, центробежная сила или натяжение пружины, чтобы создать силу, необходимую для сближения половинок-шкивов.

Шкивы с переменным диаметром должны всегда располагаться парами. Один из шкивов, известный как ведущий шкив, соединён с коленчатым валом двигателя. Ведущий шкив также называют «входным«, потому что в этом случае энергия от двигателя «входит» в коробку передач. Второй шкив называют ведомым шкивом, потому первый шкив поворачивает его.

Расстояние ремня от центра шкивов, где проходит этот ремень, известно как «радиус основного тона«. Когда шкивы далеко друг от друга, радиус основного тона уменьшается. Когда шкивы близко друг к другу, ремень поднимается, и радиус увеличивается. Отношение радиуса основного тона на ведущем шкиве к радиусу на ведомом определяет сложный механизм, управляемый компьютером. Когда один шкив увеличивает свой радиус, другой, напротив, уменьшает свой радиус, и происходит это синхронно, что позволяет удержать ремень натянутым. Поскольку эти два шкива изменяют свои радиусы относительно друг друга, они создают бесконечное число передаточных чисел — от самого низкого к максимально высокому и всему, что находится между ними. Например, когда радиус основного тона мал у ведущего шкива и большой у ведомого шкива, то скорость вращения ведомого шкива уменьшается, что приводит к более низкой передаче. А когда наоборот, то достигается более высокая передача, имеющая свой максимум. Таким образом, в теории, вариатор имеет бесконечное число «передач».

Простота и бесступенчатая природа CVTs делают его идеальным вариантом коробки и чётко даёт ответ на вопрос что лучше: вариатор или автомат. Между тем, вариаторы используются не только в автомобилях, но и для различных машин и устройств. Так, CVT использовались в течение многих лет в электроинструментах и, в частности, сверлильных станках. Они также используются в различных других транспортных средствах, в том числе тракторах, снегоходах и мотороллерах.

Пример использования вариатора в велосипедах

Как устроен клиновидный ремень?

Внедрение новых материалов делает вариаторы еще более надежными и эффективными. Одним из наиболее важных достижений была разработка и создание металлических «клиновидных» ремней для подключения шкивов в качестве замены резиновым ремням и цепям. Эти гибкие ремни состоят из нескольких (обычно от 9 до 15) тонких полос из стали, которые все вместе составляют высокопрочный состав.

Устройство клиновидного ремня

Плюсы клиновидных ремней заключаются в том, что они не скользят и очень прочны, что позволяет вариаторам работать с большими значениями крутящего момента двигателя. Они также тише, чем резиновые ремни.

Цепь и клиновидный ремень вариатора

Как работает тороидальный вариатор?

Хотя система тороидального вариатора кажется значительно более другой, все компоненты аналогичны системе вариатора со шкивами и ремнём и приводят к тем же результатам — бесступенчатой работе коробки передач. И вот как это работает:

1. Один диск подключается к двигателю. Это эквивалентно ведущему шкиву.
2. Другой диск соединяется с приводным валом. Это эквивалентно ведомому шкиву.
3. Колёсики, расположенные между дисками, действуют как ремень, изменяя передаточное число, передаваемое с одного диска на другой.

Колёсики могут вращаться по двум осям. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и наклоняются вокруг вертикальной оси, что позволяет им касаться дисков в различных областях.

howcarworks.ru

Коробка передач вариатор: что это такое и как работает

Итак, вариатор или вариаторная коробка передач обычно сокращенно обозначается как CVT (от англ. Continuously Variable Transmission), что означает трансмиссию, которая постоянно изменяется.

Вариатор по сравнению с аналогами имеет ряд преимуществ. Прежде всего, данный тип КПП дешевле в производстве, чем АКПП. Еще вариатор позволяет наиболее эффективно использовать мощность и крутящий момент ДВС.

Также отсутствие момента переключения передач означает, что разрыва потока мощности не происходит. В результате удается добиться высоких показателей топливной экономичности и разгонной динамики, а также обеспечить максимум комфорта при езде на автомобиле с вариатором СVT.

Первым вариатором данного типа стал  Variomatic, который устанавливался на автомобили в самом конце 50-х, позже появилась версия Transmatic, которая попала на конвейер в 1984 году.

Сегодня клиноременный вариатор активно используют различные мировые автопроизводители (например, Toyota Multidrive, Multitronic Audi, Xtronic Nissan и т.д.). Что касается менее распространенного тороидного вариатора, одним из наиболее известных является вариаторная коробка Extroid Nissan.

Общая конструкция вариатора предполагает наличие следующих базовых элементов:

• Устройство для передачи крутящего момента от ДВС на трансмиссию, а также позволяющее отсоединить КПП от силовой установки (аналогично нейтральной передаче);
• Вариаторная коробка передач, а также механизм задней передачи.
• Система управления вариатором (ЭБУ и набор датчиков);

Существует несколько видов так называемого сцепления АКПП:

• центробежное автоматическое сцепление;
• электромагнитное сцепление;
• многодисковое сцепление;
• гидротрансформатор;

Если говорить непосредственно об устройстве самой коробки CVT, тогда следует начать с клиноременных вариаторов. Такой вариатор имеет одну или две ременные передачи.  Ременная передача предполагает пару шкивов, которые соединены между собой при помощи клиновидного ремня.

Шкив, в свою очередь,  состоит из двух конических дисков, которые имеют возможность сдвигаться и раздвигаться. Благодаря этому можно менять диаметр шкива.

Чтобы сблизить конусы, может быть использовано гидравлическое давление, конусы также сближаются при помощи центробежной силы или под воздействием усилия пружин. Сами конические диски находятся под углом наклона в 20 градусов, что позволяет ремню перемещаться о поверхности с минимальным сопротивлением.

Далее в устройстве вариаторных коробок начали применять гибкий металлический ремень, изготовленный из нескольких стальных полос. Передача крутящего момента производится посредством трения боковой поверхностью ремня и шкивами.

Стальной ремень вариатора оказался более прочным, гибким, отличается увеличенным сроком службы, КПП создает меньше шума во время работы. Благодаря такому ремню вариаторы стали массовыми.

Также некоторые производители вместо ремня используют металлическую цепь вариатора в устройстве коробки данного типа (клиноцепной вариатор). Цепь позволяет добиться еще большей гибкости и эффективности по сравнению с клиноременными  вариаторами. Клиноцепной вариатор имеет самый высокий КПД, так как потери минимальны.

Дело в том, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи. Другими словами, цепь более «плотно» контактирует с коническими дисками. Чтобы избежать ускоренного износа в местах контакта, конические диски выполнены из прочной стали.

Работает коробка вариатор под управлением электронной системы. Электроника отвечает за синхронное изменение диаметра шкивов вариатора в точном соответствии с режимом работы ДВС. Также система управляет сцеплением и планетарным редуктором задней передачи.

Что касается включения режимов, управление вариатором осуществляется при помощи рычага (селектора), который находится в салоне автомобиля. Сами режимы аналогичны режимам АКПП (P-R-N-D-L, спортрежим, зимний, экономичный и т.д.), так как производители стремятся максимально облегчить и упростить взаимодействие с КПП для водителя.

Появления такой функции на вариаторе не продиктовано какой-либо необходимостью, напрямую связанной с эксплуатацией и улучшением характеристик. Дело в том, что для многих водителей проблемой являются одинаковые обороты двигателя при разгоне, а также отсутствие ощущения смены передачи (ступени). Ручной режим позволяет добиться явного переключения «вверх» или «вниз» по аналогии с механикой или АКПП. 

Принцип работы клиноременного вариатора и тороидного CVT

В основе работы клиноцепных и клиноременных вариаторов лежит синхронное изменение диаметров шкивов в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель в определенный момент.

Возможность изменить диаметр шкива реализована посредством использования привода. Когда автомобиль с вариатором разгоняется, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, конические диски находятся в полностью разжатом состоянии.

В свою очередь, ведомый диск имеет самый большой диаметр, то есть конические диски полностью сжаты. Как только обороты двигателя начинают увеличиваться, диаметр ведущего шкива также становится больше, при этом происходит уменьшение диаметра ведомого шкива.

Так достигается и поддерживается оптимальный режим работы, при этом сохраняется динамика одновременно с экономией топлива. Еще добавим, как уже было сказано выше, кроме клиноременных существуют и тороидные вариаторы. Так вот, по конструкции тороидный вариатор имеет два соосных вала. Эти валы имеют сферическую поверхность.

Между валами с тороидной (сферической) поверхностью находятся специальные ролики. Чтобы изменить передаточное число, в вариаторе данного типа меняется положение роликов. При этом передача крутящего момента осуществляется посредством силы трения, возникающей между поверхностями роликов и валов.

Плюсы и минусы вариатора

Разобравшись с тем, что значит коробка вариатор в машине  и как устроен агрегат, можно рассмотреть основные плюсы и минусы автоматической КПП данного типа.

Прежде всего, среди основных плюсов выделяют высокие показатели КПД трансмиссии, а также топливную экономичность и комфорт при езде, так как водитель не ощущает момента переключения передач. 

Если же коробку нагружать, срок службы трансмиссии резко сокращается. Также коробка вариатор чувствительна к качеству и уровню масла. Необходимо менять масло в вариаторе каждые 30-40 тыс. км., при этом использовать только оригинальные трансмиссионные жидкости, рекомендуемые самим производителем авто или коробки.

Еще вариаторная КПП боится резких стартов, высоких оборотов ДВС, езды по бездорожью, буксировки прицепа или других авто, длительных пробуксовок в снегу или на льду (особенно если версия коробки с гидротрансформатором).

Напоследок отметим, что с учетом перечисленного выше ряда особенностей вариаторы обычно устанавливаются на легковые авто и кроссоверы. На практике, данная трансмиссия оптимально подходит для моделей, которые эксплуатируются в черте города или используются для езды по трассе без особых нагрузок на ДВС и КПП.

krutimotor.ru

Определение

Аббревиатура CVT (Continuously Variable Transmission — англ.) переводится как «постоянно изменяемая передача». То есть, ее конструкция подразумевает возможность плавного изменения коэффициента передачи между ведущим и ведомым шкивами. Фактически это означает, что коробка CVT обладает множеством передаточных чисел в определенном диапазоне (границы диапазонов задают минимальный и максимальный диаметры шкивов). Эксплуатация вариатора во многом схожа с использованием автоматической коробки передач. Об их отличиях вы можете почитать отдельно.

На сегодняшний день существуют следующие типы вариаторов:

• лобовые;
• конусные;
• шаровые;
• многодисковые;
• торцовые;
• волновые;
• дискошариковые;
• клиноременные.

Самым распространенным типом коробки CVT является фрикционный клиноременной вариатор. Это обусловлено относительной простотой и надежностью его конструкции, а также удобством и возможностью использования в автомобильной трансмиссии. На сегодняшний день преобладающее большинство автопроизводителей, выпускающих машины с коробкой CVT, используют именно клиноременные вариаторы (исключение составляют некоторые модели “Ниссан” с коробкой CVT тороидального типа). Далее рассмотрим конструкцию и принцип действия клиноременного вариатора.

Работа коробки CVT

Клиноременной вариатор состоит из двух основных частей:

• Трапециевидный зубчатый ремень. Некоторые автопроизводители вместо него применяют металлическую цепь или ремень из металлических пластин.
• Два шкива, образованных конусами, направленными друг к другу остриями.

По мере того, насколько близко находятся друг к другу соосные конусы, диаметр окружности, которую описывает ремень, уменьшается или увеличивается. Перечисленные части являются исполнительными механизмами CVT. А управляет всем электроника на основе информации, поступающей от многочисленных датчиков.

Так, если диаметр ведущего шкива будет максимальным (его конусы будут расположены максимально близко друг к другу), а ведомого минимальным (его конусы максимально разойдутся), то это означает, что включена самая «высокая передача» (соответствующая 4-ой или 5-ой передаче в традиционной трансмиссии). И наоборот, если диаметр ведомого шкива будет минимальным (его конусы разойдутся), а ведомого максимальным (его конусы сомкнутся), то это соответствует «самой низкой передаче» (первой в традиционной трансмиссии).

В связи с проектными особенностями конструкции вариатор можно использовать лишь на сравнительно небольших машинах (с мощностью двигателя до 220 л.с.). Это связано с большими усилиями, которые испытывает ремень во время работы. Процесс эксплуатации автомобиля с трансмиссией CVT накладывает некоторые ограничения на водителя. Так, нельзя резко стартовать с места, долго ехать на максимальной или минимальной скорости, буксировать прицеп, ездить по бездорожью.

Плюсы и минусы коробок CVT

Как и всякое техническое устройство, вариаторы имеют свои преимущества и недостатки. Но справедливости ради необходимо учесть, что в настоящее время автопроизводители постоянно совершенствуют эту трансмиссию, поэтому со временем картина наверняка изменится, и недостатков у вариаторов будет меньше. Однако на сегодняшний день коробка передач CVT имеет следующие плюсы и минусы:

Возможные проблемы эксплуатации

На практике владельцы автомобилей, оборудованных трансмиссией CVT сталкиваются с тремя основными проблемами.

1. Износ подшипников конусов. Причина этого явления банальна — попадание на рабочие поверхности продуктов износа (металлической стружки) или мусора. О проблеме автовладельцу расскажет появившийся гул, доносящийся из вариатора. Это может случиться на разных пробегах — от 40 до 150 тысяч километров. По статистике, этим очень грешит Nissan Qashqai. Чтобы избежать такой проблемы необходимо регулярно проводить замену трансмиссионного масла (в соответствии с рекомендациями большинства автопроизводителей это нужно делать через каждые 30…50 тысяч километров пробега).
2. Выход из строя редукционного клапана масляного насоса. Об этом вам сообщат рывки и подергивания автомобиля как во время трогания и торможения, так и при спокойной равномерной езде. Причина поломки, скорее всего, будет крыться в тех же продуктах износа. Из-за их появления клапан заклинивает в промежуточных положениях. Следовательно, давление в системе начинает скакать, диаметры ведущего и ведомого шкивов рассинхронизируются, из-за этого ремень начинает проскальзывать. При ремонте обычно меняют масло и ремень, а шкивы шлифуют. Профилактика неисправности та же — вовремя меняйте трансмиссионное масло и фильтра, а также пользуйтесь качественными маслами. Помните, что в вариатор необходимо заливать трансмиссионное масло типа CVT (оно обеспечивает необходимую вязкость и “липкость”). Вариаторное масло отличается обеспечением стабильной работы “мокрого” сцепления. Кроме этого, оно более липкое, благодаря чему обеспечивается нужное сцепление между шкивами и приводным ремнем.
3. Проблемы с рабочей температурой. Дело в том, что вариатор очень чувствителен к диапазону рабочих температур, в частности, к перегреву. За это отвечает температурный датчик, который в случае превышения критического значения переводит вариатор в аварийный режим (устанавливает ремень в среднее положение на обоих шкивах). Для принудительного охлаждения вариатора зачастую используют дополнительный радиатор. Чтобы не перегревать вариатор, старайтесь в течение длительного времени не ехать с максимальной или минимальной скоростью. Также не забывайте чистить радиатор охлаждения вариатора (если он есть на вашем автомобиле).

Дополнительные сведения о вариаторе

Многие специалисты считают, что коробка передач CVT (вариатор) — это наиболее совершенный вид трансмиссии на сегодняшний день. Поэтому есть все предпосылки к тому, что вариатор постепенно вытеснит АКПП, как последняя уверенно вытесняет МКПП со временем. Однако, если вы решите купить машину, оборудованную вариатором, то вам необходимо помнить следующие важные факты:

• вариатор не предназначен для агрессивного стиля езды (резкого набора и сброса скорости);
• на машине, оборудованной вариатором, категорически не рекомендуется продолжительное время ехать на предельно малых и предельно высоких скоростях (это приводит к значительному износу узла);
• ремень вариатора боится значительных ударных нагрузок, поэтому рекомендуется ездить лишь по ровной поверхности, избегая проселочных дорог и бездорожья;
• в вариаторе обязательно необходимо своевременно менять трансмиссионное масло (а использовать лишь качественное оригинальное масло).

Перед покупкой машины с коробкой CVT вам необходимо быть готовым к условиям ее эксплуатации. Она обойдется вам дороже, однако это стоит того удовольствия и комфорта, который предоставляет вариатор. Тысячи автомобилистов на сегодняшний день пользуются вариаторной трансмиссией, и их количество только растет.

Отзывы о CVT коробке передач

Напоследок мы собрали для вас реальные отзывы владельцев автолюбителей, чьи машины оборудованы вариатором. Представляем их вашему вниманию с тем, чтобы у вас сложилась максимальная четкая картина о целесообразности выбора.

Как видите, большинство людей, хотя бы один раз попробовавших ездить на вариаторе, по возможности не отказываются далее от этого удовольствия. Однако выводы делать лишь вам.

Итоги

Вариатор хотя и более сложный и дорогой в обслуживании, но все же на сегодняшний день является самой лучшей трансмиссией для машин с двигателем внутреннего сгорания. А со временем цена на автомобили, оборудованные им, будут лишь снижаться, а надежность такой системы расти. Поэтому описанные ограничения будут убраны. Но на сегодняшний день не забывайте о них, и используйте автомобиль в соответствии с рекомендациями производителя, и тогда коробка СВТ будет также долго служить верой и правдой как и сам автомобиль.

etlib.ru

История вариаторной коробки передач CVT

Само название вариатор произошло от латинского слова, означающего в переводе «изменитель». В среде специалистов этот механизм принято называть аббревиатурой CVT, что расшифровывается в английском языке как continuously variable transmission или по-русски «постоянно изменяющаяся трансмиссия». Другие наименования данного механизма: вариаторная коробка, АКПП вариатор или клиноременный вариатор.

Обозначений много, пусть и не все точные, но устройство и принцип действия конструкции при этом не меняется.

По сути, название клиноременный вариатор относится только к одному из видов, который впервые был применен на транспорте. Уже в 1910 году мотоцикл марки Zenith с трансмиссией Gradua-Gear такой конструкции участвовал в гонках и показал хорошие результаты.

После этого участие машин с вариаторами в соревнованиях было запрещено ввиду явного превосходства последних над традиционными коробками передач.

История данного типа трансмиссии в автомобилестроении начинается в 1928 году, когда британская Clyno Engineering Company впервые применила эту схему.

Следующей был голландский автопроизводитель, выпустивший легковую машину DAF 600, оснащенную клиноременным вариатором собственной конструкции Variomatic. Именно эта модель и является первой серийной моделью с данным типом трансмиссии.

В последующем вариатор клиноременного типа стал доминирующей, но отнюдь не единственной применяемой в автомобилестроении схемой. Ведущие мировые производители разработали собственные конструкции:

• Fiat устанавливали на свои машины Transmatic;
• Mercedes-Benz – Autotronic;
• Subaru – Lineartronic;
• Honda- Multimatic;
• Audi – Multitronic.

Компания Ford пошла еще дальше и запустила в производство два вариатора: Ecotronic и Durashift CVT, ее примеру последовали и японская Nissan с Xtronic и Hyper.

Перечень можно продолжать и дальше. О больших возможностях такой трансмиссии говорит и запрет на ее использование в гонках болидов Формула-1 просуществовавший вплоть до 1994 года.

Что такое вариатор на машине и как он работает

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в назначении и устройстве этого механизма.

Вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент в заданном диапазоне регулирования, в этом состоит его главное отличие от коробки передач. КПП предполагает ступенчатые преобразования, которые происходят при разрыве потока мощности, что отрицательно сказывается на равномерности.

Видео поясняет что такое вариатор и как он работает:

Вариаторная коробка передач имеет довольно сложное устройство и состоит из следующих частей:

• Механизм, выполняющий функции сцепления, обеспечивающий трансмиссии состояние аналогичное нейтральной передаче КПП.
• Вариатор.
• Устройство для реверса, изменяющее направления вращения на противоположное.
• Процессор с исполнительным механизмом, управляющий работой вариатора.

В качестве устройства, передающего крутящий момент с силового агрегата на вариатор и разъединяющего поток мощности, используются такие виды автоматического сцепления:

• центробежное — типа Transmatic;
• электромагнитное — технология Hyper;
• мокрое многодисковое — модели Multitronic и Multimatic;
• гидротрансформаторы.

Последнее устройство наиболее популярное и используется подавляющим числом автопроизводителей. Данное устройство обеспечивает максимально плавную без рывков передачу усилия от двигателя, что способствует увеличению ресурса вариатора.

Управление работой всего комплекса механизмом осуществляется электронным блоком, в функции которого входит:

• Изменение соотношения между ведущим и ведомым валом вариатора в зависимости от режима работы силового агрегата.
• Управление механизмом сцепления.
• Обеспечение работы реверсного устройства и планетарного редуктора.

Действия водителя по управлению вариатором мало отличаются от аналогичных манипуляций с автоматической коробкой переключения передач. Он только выбирает режим — все остальное происходит без его участия.

Существует также возможность фиксации передаточного соотношения в вариаторе, что позволяет реализовать некоторые возможности, присущие традиционным коробкам передач. В силу сложившихся стереотипов большинство водителей не всегда способны правильно воспринимать разгон машины при постоянной частоте оборотов коленвала.

Виды и принцип работы вариатора

В автомобильной промышленности применяются два варианта механизмов, различающиеся по устройству. Речь идет о клиноременном и тороидном вариаторах, которые имеют разные конструкции.

Тороидный вариатор не имеет в своем составе ремня, промежуточными элементами являются ролики. Такая конструктивная схема используется реже, но в ней заложен большой потенциал.

Клиноременный

Этот вариант механизма получил наибольшее распространение у компаний, производящих автомобили.

Клиноременный вариатор состоит из одной (реже двух) передач. На двух валах: ведущем и ведомом установлены шкивы, через которые перекинуто кольцо клиновидного ремня. На первых порах при его изготовлении использовалась армированная резина, затем ей на смену пришли стальные конструкции.

Ведомый и ведущий шкивы состоят из двух частей: конусов, стенки которых имеют наклон около 70 градусов к оси вала. Взаимное перемещение шкивов обеспечивает изменение радиусов и, как следствие, передаточного отношения вариатора.

Видео ролик, поясняющий процесс перемещения шкивов CVT:

Для создания управляющего усилия, направленного на смещение конусов друг к другу используются пружины, давление жидкости или центробежная сила.

Принцип работы клиноременного вариатора обеспечивает непрерывность передачи потока мощности и позволяет создать оптимальные условия для работы двигателя. Так, при наборе скорости или, напротив, сбросе силовой агрегат автомобиля получает возможность работать при постоянных оборотах. Тем самым достигается заметная экономия топлива, снижается его износ и как следствие увеличивается ресурс.

Наиболее уязвимой частью такого вариатора является клиноременная передача, узел подвергается значительным нагрузкам. В настоящее время используются стальные конструкции, состоящие из пакета лент, между собой они соединяются пластинами сложной формы.

Передача усилия в таком случае происходит по всей площади контакта боковой поверхности ремня со шкивом за счет возникающего трения.

В другом варианте применяется стальная цепь, а вариатор по аналогии получил наименование клиноцепного. Каждое звено данной конструкции в своем составе имеет несколько пластинок, объединенных цилиндрическими втулками-осями, обеспечивающими минимальный радиус изгиба.

Передача усилия происходит за счет контакта боковой части цепи с рабочими поверхностями конусовидных дисков.

Малая площадь соприкосновения вызывает значительные нагрузки на детали, для изготовления которых применяется высокопрочная сталь. Вариатор клиноцепного типа обладает наибольшим КПД среди аналогичных конструкций.

С другой стороны его цена выше, нежели у клиноременного механизма из-за применения более дорогостоящих материалов.

Автомобильные вариаторы в силу особенностей своей конструкции не могут обеспечить вращения в обратном направлении и соответственно заднего хода. Для решения данной задачи трансмиссия снабжается дополнительным механизмом, в большинстве случаев – это шестеренчатый редуктор планетарного типа. По принципу действия он совпадает с аналогичным устройством АКПП.

Тороидный

Такой механизм получил меньшее распространение, в основном его разработкой занимается японская компания Nissan. Оригинальный агрегат получил наименование Extroid и устанавливается он на ряде моделей автомобилей.

В устройстве тороидного вариатора имеются два соосных диска: ведущий и ведомый. В сечении они имеют форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого являются частью окружности.

Между рабочими дисками находятся два ролика плотно прижатых  к ним своими боковыми поверхностями. Указанные элементы подвижны и могут изменять свое положение, синхронно раскачиваясь вокруг осей перпендикулярных к основному валу.

Передача усилия происходит через ролики за счет возникающей в зоне контакта силы трения. Изменение соотношения радиусов приводит к увеличению или уменьшению частоты вращения ведомого вала.

Компания Nissan спроектировала сдвоенную коробку, способную передавать усилие до 300 Нм. Это рекордный показатель для трансмиссий этого типа.

Вариатор с 1999 года устанавливается на ряд мощных заднеприводных моделей, выпускаемых для внутреннего рынка. Агрегат совмещен с планетарным понижающим редуктором, при больших скоростях передача крутящего момента происходит напрямую. В переднеприводных моделях коробка совмещается с дифференциалом и главной передачей.

Как пользоваться вариатором

Управление автомобилем, оснащенным данным видом трансмиссии, не представляет особой сложности. Последовательность действий водителя такая же, как и на автомобилях с автоматическими коробками переключения передач.

Вариатор управляется рычагом селектора, который имеет несколько основных положений. Они обозначены буквами латинского алфавита:

• N – нейтраль ;
• Р (parking) – парковка;
• D (drive) – движение вперед;
• R (reverse) — задний ход.

В некоторых продвинутых агрегатах имеется также и фиксированный режим, при котором передаточное соотношение остается неизменным. Он используется некоторыми водителями при разгоне из-за особенностей устойчивого стереотипа.

Вопрос «как пользоваться вариатором?» часто задается автолюбителями, впервые столкнувшимися с таким устройством. На деле все достаточно просто:

• Водитель запускает двигатель и выжимает педаль тормоза.
• На ручке селектора имеется кнопка блокиратора, которую необходимо утопить, и перевести рычаг в положение D.
• Плавно отпускаем педаль тормоза и нажимаем акселератор.
• Машина начинает движение и постепенно ускоряется, при этом обороты двигателя остаются неизменными.

В процессе движения водитель действует только педалями газа, ускоряя движение и тормоза, замедляя его. Никаких других манипуляций с вариатором в ходе поездки производить не нужно.

При кратковременных остановках достаточно просто выжать педаль тормоза. При более длительной стоянке с заведенным двигателем селектор переводится в положение паркинг.

Управление такой трансмиссией значительно проще, нежели механической коробкой передач.

Все изменения передаточного соотношения в вариаторе происходят автоматически под управлением электронного блока. Получить наглядный урок того, как пользоваться вариатором поможет видео ролик, приведенный в конце статьи.

Как показывает практика, быстрее осваиваются с вариатором водители, имеющие опыт управления автомобилями с АКПП и, как это ни странно, новички. Тем, кто ездил исключительно на машинах с механическими коробками, требуется некоторое время, чтобы отучиться от прежних привычек переключения передач.

Плюсы и минусы

Несмотря на сложность конструкции и дороговизну, данный тип трансмиссии получает все большее распространение. Как и любое другое устройство, вариатор имеет определенные плюсы и некоторые минусы.

Для более точной оценки механизма следует определиться с критериями, а лучше проанализировать достоинства и недостатки в сравнении с другими наиболее близкими по функциям механизмами.

Основные плюсы вариатора:

• Непрерывность потока мощности, передаваемого от двигателя на ведущие колеса.
• Плавное без толчков и рывков изменение передаточного соотношения.
• Возможность обеспечения оптимального режима работы двигателя.
• Низкий уровень шума от работающего механизма, слегка изменяющееся характерное жужжание.
• Уменьшение расхода топлива.
• Максимальная оптимизация нагрузок на силовой агрегат и другие элементы привода.

С другой стороны, вышеперечисленные достоинства достигаются за счет высокой сложности механизма и наличия целого ряда устройств, обеспечивающих его работу.

Это влечет за собой удорожание конструкции и увеличение эксплуатационных расходов. В вариаторы заливаются специальные трансмиссионные технические жидкости, которые обеспечивают охлаждение деталей и удаление продуктов износа из рабочей зоны.

voditeliauto.ru

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.

Устройство механической коробки передач

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».

Как ездить на вариаторе

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.

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.

autoleek.ru

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:

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:

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).

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:

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.

bodyshop-info.ru

Полезно обратить внимание:

Какой привод лучше для дрифта Повышение навыков вождения Париж дакар Как дрифтить Авторалли дакар Ралли париж дакар финиш