Вариаторы - что это такое, принцип работы, плюсы и минусы

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

Что такое вариатор и принцип его работы

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

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

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

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

На сегодняшний день можно выделить два основных типа:

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

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

Основные проблемы с которыми могут столкнуться владельцы автомобилей с вариатором

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

Недостатками можно считать:

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

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

Материалы: http://akppwiki.ru/variator-chto-eto-takoe-princip-raboty-plyusy-i-minusy

Сайт об автомобильных коробках передач

Вся работа силовой установки автомобиля направлена на получение вращения коленчатого вала. Это вращение и является полезным его действием. Но данное вращение еще нужно правильно перераспределить на ведущие колеса, ведь условия движения авто постоянно меняются. Перераспределение вращения выполняется одним из элементов трансмиссии – коробкой передач. Она устанавливается сразу за двигателем, с ее помощью изменяется передаточное число. То есть, при надобности она увеличивает передаточное число для повышения тягового усилия, или же уменьшает его для увеличения скорости вращения колес.

Из имеющихся четырех типов коробок передач, устанавливаемых на авто, три из них меняют передаточное число ступенчато. То есть, каждая ступень, она же передача коробки, соответствует определенному значению крутящего момента. И только один из видов коробок передач – вариатор, не имеет ступеней, он меняет передаточное число по нарастающей или понижающей. Тем самым такая коробка передач более точно передает крутящий момент.

Вариаторы как один из видов КПП стал популярным сравнительно недавно, хотя первое его использование на автомобилях датировано 1959 годом. Впервые вариаторную коробку передач начали устанавливать на автомобили DAF. Эта коробка получила название Variomatic. Особого распространения она тогда не получила, об этом говорит то, что приемником Variomatic стала вариаторная коробка Transmatic, которая появилась только в 1984 году. Использовался Transmatic как один из видов предлагаемой коробки передач на автомобилях Форд и Фиат.

Глядя на селектор переключения передач вариаторной коробки (на фото именно он), невозможно понять с чем мы имеем дело: обычный автомат с гидротрансформатором, робот или вариатор.

Постепенно многие автокомпании заинтересовались вариаторами, и начали производство своих версий. Так, у Мерседес-Бенц вариаторная коробка обозначается как Autotronic, Форд сейчас занимается выпуском Ecomatic и Durashift CVT, концерн VAG называет свой вариатор Multitronic. Японцы тоже не отстают и создают свои версии: Subaru – Lineatronic, Toyota – Multidrive, Honda – Multimatic, Nissan – Xtronic и Hyper.

Все знают кто такой Леонардо Да Винчи, но мало кто знает, что именно он разработал протопип первой вариаторной трансмиссии. Это было примерно в 1490 году. После этого людям понадобилось 400 лет, чтобы вновь вернуться к этой идее.

Вообще было разработано большое количество всевозможных вариаторов, однако на автотранспорте применение нашли только два из существующих вариантов вариаторной коробки – клиноременной и тороидный. Первый является более предпочтителен у автопроизводителей.

Клиноременной вариатор

Клиноременной вариатор использует принцип изменения диаметров ведущего и ведомого валов. Примерно такой принцип используется на горных велосипедах.

Имеется два вала – ведомый и ведущий. Первый принимает крутящий момент от вала двигателя, а второй передает его на ведущие колеса. Эти валы связаны между собой клиноременной передачей, установленной между шкивами валов.

Конструкция шкивов такова, что они состоят из двух конических половин, способных менять расстояние между собой. Именно изменением расстояния и достигается бесступенчатое изменение передаточного числа.

Чтобы обеспечить максимальное передаточное число, диаметр ведущего шкива должен быть минимален, а ведомого наоборот – максимальным. Поэтому половины шкива ведущего вала максимально разведены, а ведомого – соединены. При надобности снижения передаточного числа, на ведущем валу шкивы начинают сдвигаться, а на ведомом – раздвигаться. Таким образом обеспечивается плавное бесступенчатое изменение передаточного числа.

Тороидный вариатор

У тороидного вариатора клиноременной передачи нет. У такого типа вариатора ведущий и ведомый валы расположены на одной оси, а рабочие поверхности их имеют тороидные поверхности. Между этими поверхностями зажаты ролики, передающие вращение. Изменение передаточного числа у такого вариатора достигается изменением положения роликов относительно валов. Для обеспечения максимального передаточного числа, ролики обращены в сторону ведомого вала. Тороидальная поверхность при таком положении в месте контакта с роликами обеспечивает минимальный диаметр ведущего вала, и максимальный – ведомого. Для уменьшения передаточного числа, ролики начинают поворачиваться в сторону ведущего вала, при этом диаметр вала в месте контакта с роликами увеличивается, а ведомого – уменьшаться.

Но это только принцип работы используемых на авто вариаторных коробок. На деле же все несколько сложнее, поскольку конструкторам пришлось решать ряд важных проблем.

На фото великий и ужасный тороидальный вариатор Extroid CVT, который компания Nissan ставила на свои заряженные автомобили. Из-за своей стоимости, он так и не пошел в массовое производство.

Вариаторная коробка передач включает в себя несколько составных элементов. Первым из них является механизм передачи крутящего момента от вала двигателя к ведущем валу вариатора — сцепление. Причем этот механизм должен обладать возможностью полного разъединения этих элементов между собой, так называемое нейтральное положение, когда двигатель работает, но момент от него не передается на коробку.

Механизмы сцепления

Самым распространенным в вариаторах стал гидространсформатор, обеспечивающий передачу усилия за счет жидкости и двух лопастных турбин. Большинство производителей авто используют именно этот механизм. Хотя и встречаются и другие – центробежное сцепление с автоматическим управлением (используются на вариаторах типа Transmatic), электромагнитное сцепление с электроуправлением (Hyper), многодисковое «мокрое» сцепление, тоже с электроуправлением (Multitronic, Multimatic).

Особенности клиноременного вариатора

Далее в конструкции идет сам вариатор. Что касается клиноременных вариаторов, то большинство из них оснащены одним ремнем, хотя встречаются конструкции, включающие два ремня.

Сам ремень является таковым только условно. Хотя на первых вариаторах использовался резиновый ремень, однако из-за недолговечности работы от него отказались, хоть и не полностью. Многие скутеры и сейчас оснащаются вариаторами с резиновым клиновидным ремнем.

На автомобилях же сейчас больше используют ремень, состоящий из стальных лент, связанных между собой фасонными лентами-«бабочками». Передача усилия таким ремнем осуществляется его боковыми поверхностями за счет трения с поверхностью шкивов. Чтобы снизить сопротивление углы шкивов составляют 20 град.

Второй вариант привода вариатора – цепной, он же клиноцепной, хоть по классификации он относится к ременной передаче. Такая цепь состоит из большого количества пластин, соединенных в цепь осями.

На фото отчетливо видно, что цепь, используемая в вариаторах, состоит из большого числа металлических пластин, соединенных в единое целое. Такой вариант является более выйгрышным по сравнению с резиновым аналогом.

У цепи, в отличие от клиноременного привода, передача усилия выполняется торцевой поверхностью цепи. При этом контакт с поверхностью шкивов у цепи является точечным, поэтому цепь изготавливается из высокопрочной стали.

Передвижение шкивов по своим валам в разных конструкциях вариатора может выполняться давлением жидкости, центробежной силой, усилием, создающимся пружинами.

Особенности тороидного вариатора

Что касается тороидных вариаторов, у которых отсутствует клиноременной или цепной приводы, то в этой конструкции тоже есть свои нюансы. Передача усилия в этом вариаторе осуществляется тоже за счет трения, но между валами и роликами, поэтому они тоже выполнены из высокопрочной стали. К тому же зачастую тороидальный вариатор включает в себя две тороидных передачи.

Механизм заднего хода

Одной из особенностей вариатора является отсутствие возможности реверсного движения, поскольку ведомый вал всегда вращается в ту же сторону, что и ведущий. Поэтому в конструкцию вариаторной коробки включен механизм, обеспечивающий задний ход.

Данный механизм чаще всего представляет собой обычный планетарный редуктор, позволяющий менять направление вращение. Такой редуктор применяется на классических автоматических коробках передач. При движении вперед этот редуктор не задействован, и крутящий момент от вариатора передается дальше посредством привода на ведущие колеса. При движении назад, редуктор начинает работать, изменяя сторону вращения.

Механизм управления

Также в конструкцию вариаторной коробки входит механизм управления, который может воздействовать на все составные части данной коробки. Так, механизмом управления осуществляется включение и отключение сцепления, изменение расстояния половин шкивов, в зависимости от работы силовой установки, включение и отключение планетарного редуктора.

Причем особой сложности в управлении вариаторной коробкой с таким механизмом управления нет – все выполняется селектором, выведенным в салон авто. Перемещение селектора в определенное положение обеспечивает требуемую работу всех механизмов коробки (N – нейтраль, D – движение вперед, R – движение задним ходом).

Напоследок следует отметить, что многим автолюбителям не всегда по душе плавность изменения передаточного числа. Поэтому во многих вариаторах реализована функция, которая обеспечивает фиксированные передаточные числа. По сути, вариатор в таком режиме работает, как и любая ступенчатая коробка передач. При этом водитель сам решает, когда ему изменить передаточное число на вариаторе.

На видео Игорь Сероштан, ведущий канала «Первый автомобильный» вполне доступным языком рассказывает и показывает как работает и как устроен вариатор.

Материалы: http://okorobke.ru/variator/chto-takoe-variator.html

Количество возможных режимов при движении автомобиля бесконечно велико. Поэтому оптимальную работу двигателя можно обеспечить, если бесконечным будет и количество ступеней в коробке передач. Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет безступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач.

Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от «ручного» труда.

Так что, имеем идеальную коробку передач? Увы, нет. Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.

Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. «Спортивный» стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу. Стихия вариатора — спокойное, плавное движение.

В настоящее время на автомобилях применяют два типа вариатора: клиноременной и торовый. Клиноременной состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Один шкив соединен с двигателем, и является ведущим, второй, ведомый, — с ведущими колесами. Шкивы, как уже говорилось, раздвижные, то есть, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Изменение радиусов, по которым вращается ремень, происходит синхронно — когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны — передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.

Принцип работы клиноременного вариатора на высшей передаче

Почему же при такой простоте и прочих своих достоинствах вариатор стали применять на автомобилях сравнительно недавно? Проблема заключалась в резиновом ремне, который не позволял передавать большой крутящий момент. Только с изобретением металлического наборного ремня стала возможной установка вариатора на легковых автомобилях (о грузовых даже и речи не идет). Такой ремень представляет собой две металлические ленты с нанизанными на них металлическими пластинками специальной формы. Он передает усилие путём прижима звеньев друг к другу и толкания их ведущим шкивом. Ведущий шкив толкает зажатые между его дисков звенья, те толкают соседние, и так далее к звеньям, зажатым в ведомый шкив. То есть такой ремень является толкающим, а не тянущим, что позволяет передавать значительно большее усилие.

Устройство ремня клиноременного вариатора

Существуют и цепные вариаторы, в которых вместо ремня применяется цепь. Принципиальных различий с ремнем нет, есть некоторые отличия. Первое — цепь передает тянущее усилие, а не толкающее. Второе – мощность передается скошенными торцами осей звеньев цепи.

В торовых вариаторах вместо раздвижных шкивов применяются конусовидные диски, а ремень заменяют ролики. Один диск (ведущий) соединяется с коленвалом двигателя, другой (ведомый) — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, меняем передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.

Принцип работы торового вариатора на низшей передаче Принцип работы торового вариатора на высшей передаче

Торовые вариаторы способны передавать больший крутящий момент, чем клиноременные. При этом им присущи недостатки клиноременных, так как усилие передается также за счет трения. Торовый вариатор дороже, ввиду того, что для изготовления его деталей требуется высокопрочная сталь, а для смазки — специальное фрикционное масло.

Практические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.

В роли сцепления могут выступать либо пакет фрикционов, либо гидротрансформатор. Пакет фрикционов проще, компактнее, но по плавности включения и долговечности уступает гидротрансформатору. Поэтому такая конструкция применяется на недорогих автомобилях. Гидротрансформатор имеет большие габариты и массу, зато обеспечивает более плавное трогание, сглаживание рывков, что увеличивает ресурс работы вариатора. Кроме того, вариатор с гидротрансформатором быстрее переходит с низших передач на высшие при резком разгоне.

Для обеспечения движения задним ходом применяется простая планетарная передача.

Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами.

Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.

Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора – чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на маляном щупе вариатора.

Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.

Последняя опция введена больше в связи с субъективным восприятием некоторыми водителями особенностей работы вариатора, чем с технической необходимостью. При резком нажатии на педаль акселератора двигатель вначале выводится на обороты, соответствующие максимальной мощности, и далее разгон происходит за счет изменения передаточного отношения вариатора. При этом мотор все время работает «на одной ноте». Водителей «с музыкальным слухом» это раздражает. Поэтому и вводится «ручной» режим с 6-8 фиксированными передачами, и тогда звук двигателя с вариатором приобретает ласкающую слух переменную тональность.

Еще один нюанс конструкции вариаторных трансмиссий связан с диапазоном передаточных чисел. Прямой передаче соответствует положение, когда диаметры дисков одинаковы. Поэтому низшее и высшее передаточные числа симметричны относительно единицы. А значит, высших передач получается слишком много, а низших, наоборот, недостаточно. Чтобы компенсировать этот недостаток, увеличивают передаточное число главной передачи.

Материалы: http://avtonov.info/variator-preimushhestva-i-nedostatki