Что такое вариатор на автомобиле – самое простое объяснение устройства, принципа работы и его недостатков

Что такое вариатор на автомобиле – самое простое объяснение устройства, принципа работы и его недостатков

Добрый день, дорогие друзья. Сегодня подробно разберем еще одну автоматическую коробку передач – вариатор. Объясню, из чего он состоит, как работает и почему многие бояться этой коробки. Начнем с самого главного – что это за «зверь».

Что такое вариатор в машине

Вариатор в автомобиле – это автоматическая, бесступенчатая коробка передач. Простыми словами – КПП, которая не имеет фиксированных передач. То есть, в ней нет шестеренок, которые отвечают за передачу крутящего момента от мотора к колесам.

Если в классической АКПП есть определенный набор шестерёнок, которые включаются и выключаются на определенных скоростях и оборотах двигателя, то здесь подобной конструкции нет. Все передачи виртуальные. Они запрограммированы в ЭБУ и в зависимости от определенных условий, происходит «магия» изменения передаточного числа. На приборке вы можете видеть цифры «1», «2», «3» – это индикаторы выдуманных передач, чтобы вам было спокойно, и вы знали, что как бы включена какая-то скорость.

Хотя нет, обманул, есть планетарная передача. Она отвечает за движение автомобиля задним ходом – это задняя скорость. А передача крутящего момента от силового агрегата к колесам происходит через ремень или ролики.

В первом случае – используется ременная или цепная передача. Во втором случае – вместо ремня применяются ролики, он называется тороидальный. Конструктивно такой вариатор немного отличается от клиноцепного или клиноременного (первого варианта).

Роликовая или тороидальная бесступенчатая КПП отличается от классической ременной наличием роликов в механизме передачи момента. Они используются вместо ремня или цепи. В ней конусообразные пластины неподвижные. Изменение передаточного числа осуществляется за счет изменения положения роликов относительно конусных пластин шкивов.

Для общего сведения. Вариаторные коробки первыми стали использовать на мопедах и скутерах. Позже они появились на снегоходах, легковых и грузовых автомобилях DAF.

Как устроен вариатор

Вариаторная коробка в своей конструкции имеет основные элементы:

1. Два вала: ведущий и ведомый.
2. Два шкива, каждый из которых находиться на одном из валов и состоит из подвижных конусов. Если быть точнее, подвижный всего один конус на каждом из шкивов.
3. Ремень или цепь. Он соединяет два шкива. Через него происходит передача крутящего момента.
4. Планетарный редуктор. Для движения машины задним ходом.
5. Набор фрикционов (сцепление) для нейтральной передачи и задней скорости.

Это основные части вариатора, которые отвечают за передачу крутящего момента от двигателя до колес, «нетралку» и заднюю скорость.

Кроме этого, есть рычаги и винт. К рычагам присоединены противоположные диски шкивов. Они могут двигаться в осевом направлении, изменяя диаметр каждого шкива, изменяя передаточное соотношение.

Шкивы

Каждый из них состоит из двух конусообразных пластин. Одна из них подвижная, двигается в осевом направлении по шлицам на валу.

Обычно подвижными делаются противоположные пластины двух шкивов. Двигая их, меняется расстояние между пластинами, изменяя диаметр шкива. Разный диаметр – разное передаточное число между ними.

Ремень и цепь

Бывает двух видов:

1. Клиновидный ремень, состоящий из металлических пластин.
2. Цепной или клиноцепной. Использует особой конструкции цепь.

Клиновидный или клиноременной

Принцип работы вариатора не допускает применение резиновых или тканевых ремней. При прижатии конусообразного диска он может сложиться, переломиться. КПП начнет «буксовать», прервется передача момента от ведущего к ведомому валу. Все закончиться дорогостоящим ремонтом коробки.

Клиновидный ремень бесступенчатой трансмиссии состоит из одной или двух лент. На них нанизаны металлические сегменты в виде «бабочек» (форма может отличаться от производителя коробки передач). Эти сегменты контактируют с пластинам шкивов. От их формы зависит эффективность передачи момента и износостойкость, долговечность ремня.

Клиноцепной

Она состоит из множества пластинок, соединенные цилиндрическими осями. Подобный тип цепи обеспечивает наименьший угол излома, долговечность. При контакте с поверхностями конусообразных дисков, возникает высокая температура. Поэтому цепь омывается дополнительно смазкой, чтобы продлить срок службы её и всему вариатору.

В отличие от клиновидного ремня, цепь обеспечивает высокий КПД коробке, большой диапазон передаточных чисел. Но стоимость его выше, что увеличивает цену вариаторной КПП.

Тороидальный или роликовый вариатор

Здесь вместо ременного механизма используются ролики. Шкивов нет, вместо них два конусообразных диска, расположенных друг против друга. Один закреплен на ведущем валу, второй на ведомом.

В отличие от ремня, диски неподвижные. Между ними находятся подвижные ролики, которые могут двигаться в сторону ведомого или ведущего вала. Изменение передаточного числа происходит за счет уменьшения или увеличения плоскости касания роликов конусообразных дисков. Крутящий момент передается только за счет силы трения роликов и поверхности конусов дисков.

Как работает бесступенчатая CVT коробка передач

Рассмотрим принцип работы двух типов вариаторов – клиноременного и тороидального (роликового) вариатора.

Ременной или цепной

В этом случае принцип работы одинаковый. Отличие только в применении в качестве передачи крутящего момента ременного или цепного привода. Устройство вариаторной коробки не изменяется.

При помощи подвижного механизма, закрепленного на одном из конусов ведущего и ведомого шкива, происходит изменение эффективного диаметра ремня. То есть, на каждом из шкивов меняется внутренний диаметр. Соответственно, изменяется передаточное число между ведущим и ведомым валами.

Простым языком:При возрастании оборотов двигателя, противоположные конусообразные пластины сдвигаются или раздвигаются, каждая на своем шкиве. Они либо выталкивают ремень наружу при их схождении, либо опускают его вниз, при раздвижении. На картинке показано, как меняется передаточное соотношение при разном положении ремня на шкивах коробки.

Как видно, здесь нет фиксированных передач, потому что нет набора звездочек. Поэтому, вариатор может иметь неограниченное число передач, а значит, широкий диапазон передачи крутящего момента.

В современных вариативных коробках все же есть две звездочки или дополнительный планетарный механизм. Он предназначен для фиксации пониженной передачи или первой скорости, чтобы момент передавался не через ремень, а через шестерни. Это бережёт ремень от проскальзывания и шкивы от царапин при старте автомобиля под нагрузкой. Например, при заезде с места на бордюр, подъем в гору с минимальной скорости или буксование в грязи.

Задняя и нейтральная передача

Когда рассматривали устройство вариатора, то говорили, что в его конструкции есть планетарная передача и набор фрикционов. Так вот, все это хозяйство отвечает за «нейтралку» и заднюю скорость.

Ведущий шкив жестко соединен с водилом планетарной передачи. На ведущем валу установлена солнечная шестерня, которая двумя рядами сателлитов связана с коронной шестернёй. Они своими осями соединены с водилом.

Чтобы обеспечить движение автомобиля прямо, нужно зафиксировать коронную шестерню с солнечной шестернёй. За это отвечает первый пакет фрикционов. Он представляет собой набор пластин. Один ряд которых имеет зубья на внешней части,они соединены с коронной шестерней. На втором ряду зубья расположены на внутренней стороне пластины, они жестко связаны с солнечной шестерней. Весь набор пластин может двигаться в осевом направлении по шлицам.

Как выглядят фрикционные диски и как они работают на планетарном механизме

Таких рядов несколько, пластины чередуются между собой. Между ними есть определенный зазор и они свободно вращаются каждый со своей шестернёй. В этот момент включена нейтральная передача. Под действием гидропривода они смыкаются. За счет силы трения между ними, они фиксируя солнечную шестерню с коронной. Теперь вся конструкция движется как одно целое, обеспечивая движения авто вперед.

При включении задней скорости активируется второй пакет фрикционов и ослабляется первый. Второй набор пластин отвечает за фиксацию солнечной шестерни с корпусом коробки.

Таким образом в работу вступают сателлиты. Коронная шестерня вращается в одном направлении, сателлиты в другом. Так как они жестко связаны с водилом, то оно вращается в противоположном направлении относительно входного вала. Это обеспечивает движение автомобиля задней скоростью.

Тороидальный вариатор

Как известно из его устройства, он имеет два неподвижных конуса, направленных друг против друга. Между ними вращаются ролики, которые изменяют свое положение относительно этих конусов.

Механизм изменения положения роликов у каждого производители свой. В некоторых моделях происходит поворот роликов относительно оси конусов. В других вариаторах ролики смещаются вдоль оси вала, а их поворот относительно конусов происходит за счет прижатия к ним. Ролики самостоятельно изменяют свое положение в плоскости за счет центробежной силы.

Недостатки вариаторов

1. Они не способны «переваривать» большую мощность двигателя. Это связано с механизмом передачи крутящего момента, не зависимо, установлен ремень или цепь. Она легко может проскакивать, задирая конуса – это уже дорогостоящий ремонт.
2. По поводу ремонта. Переборка вариатора стоит очень дорого, иногда сравнима по стоимости с капитальным ремонтом двигателя. В большинстве случаев подобный ремонт не целесообразен, проще найти «контрактную» коробку.
3. Бесступенчатая КПП прихотливая в обслуживании. Её нельзя перегревать, буксовать на одном месте, часто ездить «педаль в пол». Все это ведет к повышенному износу конусов и ремня.
4. Много датчиков управления и контроля работы вариатора. Выход одного из них приведет к выходу из строя всего агрегата.
5. Дорогое обслуживание. В ней необходимо чаще, чем в классическом автомате менять масло. Стоимость работы и самого масла выше, чем у «автомата».

Достоинства CVT

1. Плавный разгон и торможение. Отсутствие рывков, при исправном вариаторе.
2. Современные бесступенчатые КПП умеют экономить топливо лучше классических автоматов. В некоторых случаях экономия достигает уровня механической коробки.
3. Низкий уровень шума при исправном агрегате. Вариатор не имеет фиксированных шестерен передач, поэтому он издает меньше шума при движении автомобиля.
4. Исключена пробуксовка ведущих колес. Это повышает безопасность на обледенелых дорогах. С другой стороны, современные автомобили оснащены системами курсовой устойчивости, авто будет уверено стоять на льду, неважно, какая коробка в нем установлена.

Подведем итог

Многие автолюбители боятся подобных трансмиссий. Зная устройство и принцип работы вариатора, можно легко понять автовладельцев, так как вы знаете, почему у него так много противников. Плюс ко всему, подобная коробка имеет достаточно недостатков. Все они носят финансовый характер, то есть, все что связано с ней, несет затраты больше, чем другие типы КПП.

Например, обрыв ремня приведет к капитальному ремонту вариатора. Чаще её нет смысла ремонтировать, слишком дорого. Многие после этого ищут коробки на разборках, где никто не дает гарантию на них.

Вы являетесь счастливым обладателем вариатора? Напишите в комментариях, как вы с ней живете. Всем будет полезно узнать об этом.

Вариатор:описание,фото,принцип работы,устройство,виды

Идея переключения передач без участия водителя появилась уже давно. Она существует еще с первых автомобилей, появившихся на конвейере завода «Ford». Люди модернизировали механические КПП, создали полуавтомат, АКПП, но не добились нужной плавности и полного ощущения спокойного переключения, потому как любая трансмиссия подразумевала толчок и включение, что являлось не всегда комфортным. Да и расход топлива от этого возрастал, потому что мотор необходимо достаточно хорошо раскручивать, чтобы получить нужное ускорение, без ущерба для агрегата. Одной из идей развития автоматической коробки, стала коробка передач с бесступенчатым переключением

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.

Вариатор – что это

Вариатор – это новый тип КПП, наравне с остальными видами трансмиссиями, тоже прочно входит в жизнь многих автовладельцев. Несмотря на всю его простоту и гениальность, эта система еще до сих пор не достигла совершенства. Сегодня вы узнаете о том, как применяется вариатор, его принцип действия, что отличает его от автоматической коробки и как такое устройство применяется на автомобилях.

Принцип работы клиноременной КПП

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

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

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

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

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

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

Устройство клиноременной коробки CVT

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

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

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

Как правильно пользоваться вариатором

Принцип управления вариатором такой же, как автоматической коробкой передачи. Обе коробки имеют по две педали (газ и тормоз ). При управлении автомобилем с вариатором, вы не услышите и не почувствуете переключение передач — оно просто повышает и понижает частоту вращения двигателя по мере необходимости, вызывая более высокие скорости вращения двигателя для лучшего ускорения и более низкие обороты для лучшей экономии топлива во время режима «круиз».

Многие автомобилисты первый раз сев за руль автомобиля с вариатором в глаза первым бросается то, что автомобиль звучит совсем по другому. Когда вы резко нажимаете на педаль газа, двигатель работает так же, как и на скользящей муфте или неисправной автоматической коробке передач. Это нормально — вариатор регулирует частоту вращения двигателя, чтобы обеспечить оптимальную мощность для ускорения. Некоторые вариаторы запрограммированы на поэтапное изменение соотношений, чтобы они больше походили на обычную автоматическую коробку передач. В управлении автомобилем в вариативной трансмиссией нет никаких отличий от управления автомобилем с автоматической коробкой передач.

Коробка вариатор плюсы и минусы

Автомобиль с вариатором, в конечном счете, будет более экономичным, чем обычный автомобиль, особенно для остановки / начала движения или когда вы постоянно меняете скорость. Старт автомобиля будет более гладким и более тихим. Однако, чем больше этих преимуществ вы получаете, тем больше автомобиль чувствует себя на моторной лодке, где вы получаете странное ощущение увеличения скорости при неизменных оборотах двигателя. Если вы можете жить с этим, и это не придаст вам никакого дискомфорта, то вариатор вполне вам подойдет. Более детально о плюсах и минусах вариаторов ниже.

Плюсы вариатора

Основным преимуществом вариатора является эффективность, которую он может предложить. Транспортные средства, которые включают CVT, оценены среди самых эффективных транспортных средств и могут предложить значительную экономию топлива. Сегодня почти все гибриды используют вариатор для максимальной экономии топлива. Еще одно преимущество CVT замечено при движении по крутым склонам. Нормальные автоматические коробки передач могут иногда испытывать трудности при большой нагрузке, когда вариатор почти сразу может найти точное соотношение, необходимое для плавного обеспечения мощности без каких-либо переключений. Эти плавные переключения передач являются еще одним преимуществом для водителя, поскольку они могут предложить чрезвычайно плавные поездки, даже не чувствуя «сдвига» транспортного средства.

Минусы вариатора

Хотя вариатор может предложить непревзойденную экономию топлива, у него есть существенный минус. Основной недостаток данных трансмиссий — это ценник, с которым они продаются. Типичная замена трансмиссии часто может стоить от 2 000 долларов в случае поломки. Из за особенностей устройства, блок CVT не будет работать так же долго, как обычная автоматическая коробка передач. В среднем срок службы этой трансмиссии составляет 150 – 200 тысяч километров. Еще более важно отметить тот факт, что, когда они выходят из строя, в 9 из 10 раз они должны быть заменены. Причиной этого является то, что детали очень дороги, их может быть трудно, если не невозможно найти, и, как правило, цена за замену деталей получается такая, что дешевле будет произвести полную замену. Другим недостатком вариатора является то, что они не могут выдержать мощность, которую может выдержать автоматическая или механическая коробка передач. По этой причине блок CVT не используется в машинах с большой производительностью.

Как правильно буксировать на вариаторе

Можно ли буксировать вариатор? В отношении буксировки транспортного средства с вариатором следует отметить несколько моментов. Для буксировки транспортного средства, оборудованного бесступенчатой ​​трансмиссией, под ведущими колесами буксируемого транспортного средства должна быть установлена ​​буксирная тележка.

Никогда не буксируйте автомобиль с передним приводом с вариатором и с передними колесами на земле или четырьмя колесами на земле. Если вам необходимо буксировать автомобиль, оборудованный вариатором, сзади, то спереди на земле, используйте буксирные тележки под передними колесами. Невыполнение этого требования может привести к серьезным, дорогостоящим повреждениям вашего автомобиля.

Никогда не буксируйте полноприводные модели CVT, такие как Murano, с любой парой колес на земле. Это может привести к серьезным дорогостоящим повреждениям

Чем отличается вариатор от «автомата» и «робота»

При покупке авто даже опытный автомобилист не всегда сможет разобраться, какая коробка передач в нём установлена. Приводим советы, как отличить АКПП, CVT и «робота» визуально.
Советуем вам почитать о том, как устроена секвентальная коробка передач.
Найти отличия между автоматической и вариаторной коробкой передач при посадке в салон авто невозможно. И та и другая выглядят идентично: один рычаг управления, одинаковое обозначение режимов.
Существует 4 основных признака, по которым можно определить тип КП:
Количество режимов. Вариаторы могут содержать меньшее количество режимов — обычно 4: «P», «N», «D», «R». В современных «автоматах» присутствуют ещё и дополнительные. Указание типа КП рядом с маркой автомобиля.
Чтобы разобраться, какая же всё-таки КП установлена в машине, следует осмотреть её снаружи сзади. Большинство производителей около обозначения марки и модели сообщают и тип трансмиссии — «AT» или «CVT». Разница в «поведении» транспорта в ходе езды. У авто с АКПП будут присутствовать рывки и толчки. У транспортных средств с вариатором их не будет. Кроме того, у последних будут слышны щелчки в коробке. Разное «поведение» машины при подъёме на горку. Если при движении под гору затормозить и отпустить педаль газа, автомобиль с АКПП будет плавно двигаться вперёд без отката назад. Автос вариатором сделает откат назад и не будет осуществлять движение вперёд на холостых оборотах.
При отсутствии возможности воспользоваться вышеперечисленными способами за информацией о типе трансмиссии следует обратиться:
к добросовестному продавцу, к опытному автослесарю, к сопроводительной документации авто.

Вариатор, робот или автомат: что выбрать?

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.

Устройство тороидального вариатора

В отличие клиноременной конструкции, вариатор тороидального типа состоит из двух дисков, выполненных в виде вогнутых криволинейных поверхностей. Вращение от ведущего элемента на ведомый передается при помощи специального ролика скользящего действия. При его наклоне и перемещении к наружному диаметру ведомого диска происходит увеличение передаточного числа. Соответственно, при наклоне ролика в противоположную сторону и смещении к центру диска, передаточное отношение вариатора снижается.

Схема устройства и принципа действия тороидального вариатора:

Основные требования к тороидальным вариаторам: высокий коэффициент полезного действия, длительный срок эксплуатации. Чтобы обеспечить выполнение поставленных задач, при изготовлении элементов вариатора используются дорогостоящие материалы, современные технологии.

Тороидальные вариаторы отличаются относительной простотой, однако, такие вариаторы редко применяются в современном автопроизводстве. Это объясняется следующими факторами:

• повышенная требовательность к точности изготовления рабочих элементов;
• прочности поверхностного слоя сопрягаемых дисков и роликов;
• использование дорогих технологий при изготовлении узлов и деталей;
• сложность настроек;
• высокая стоимость специальных смазочных материалов.

Как работает тороидальный вариатор

Глядя на схему тороидального устройства, может показаться, что оно не относится к механизмам вариаторного типа. Здесь отсутствует ременная передача, шкивы не перемещаются относительно друг друга (не сходятся и не расходятся), валы стоят неподвижно. Но, если проанализировать принцип действия данного механизма, получается, что он очень похож на классический вариатор:

1. Ведущий диск вариатора прочно сидит на выходном валу двигателя внутреннего сгорания.
2. Ведомый – передает вращение на приводной вал главной передачи.
3. Ролики передают момент вращения от силового агрегата на ведомый диск.
4. Передаточное число изменяется, в зависимости от угла наклона роликов и места контакта с дисками.

Благодаря двум степеням свободы, ролики вариатора могут крутиться вокруг своей оси, а также совершать наклоны в вертикальном направлении. В результате происходит их контакт с дисками на различных уровнях.

Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках

«Слушай, а не страшно брать, с вариатором-то?» – все время спрашивают те, кто собрались покупать подержанный Nissan Qashqai или, скажем, Audi A5. Бесступенчатых трансмиссий боятся… Справедливо ли? Все зависит от конкретного типа коробки – «вариантов вариатора» очень много.

История часто несправедлива в отношении вариатора. То это перспективная трансмиссия, то символ дешевой и неудачной автоматической КПП. После выпуска первых легковушек DAF 600 с вариатором и попыток применения аналогичных конструкций с ремнями на машинах Вольво прошло уже более тридцати лет, и изящная идея все еще пытается обрести столь же изящное техническое воплощение.

За прошедшие годы вариаторы из экзотики превратились во вполне себе обычный тип «автомата», особенно на японских машинах, успев пережить несколько кризисов, набирая и теряя баллы репутации и претерпев несколько крайне значительных изменений конструкции. Причем сейчас в серийном производстве присутствуют все они вместе взятые. Обычно вопрос «что выбрать» не стоит выбора типов трансмиссий на одной модели машины нет, максимум можно выбирать между механической КПП и вариатором (редкие исключения только подтверждают правило), но этот материал будет полезен для понимания того, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.

Принципиальная конструкция

Напомню, что суть вариаторной трансмиссии довольно проста. Передаточное отношение меняется в определенном диапазоне плавно, без ступеней, при этом обороты мотора могут находиться в оптимальной зоне для данного режима движения, что повышает экономичность и улучшает тяговые возможности машины. Это в теории.

На практике же различные конструктивные исполнения могут иметь множество недостатков, порой перечеркивающих их достоинства. Есть несколько способов передавать крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Самый простой и очевидный способ – это передача момента ремнем через шкивы, диаметры которых постоянно изменяются. Конструкции такого рода были известны с древности – обычный кожаный ремень мог двигаться по коническому шкиву, удерживаемый от сползания роликом натяжения.

Диаметр второго шкива при этом оставался неизменным или же, как и в современных конструкциях, шкивы были сложными и составными, а ремень просто зажимался с боков – с одной стороны пружиной внутри шкива, обеспечивающей натяжение, а на другой шкив мог регулироваться. Последняя конструкция ближе всего к существующим поныне автоматическим трансмиссиям.

Старинный вариант

Предприятие братьев Ван Дорн, входившее в промышленную империю DAF, использовало простую схему с тянущим мягким ремнем – но уже не кожаным, а металлокордным – для своих легковушек. После покупки DAF компанией Volvo схему попытались применить на более крупной машине – Volvo 340, но не очень удачно. Трансмиссия получилась очень большой, заняв много места в багажнике, – у машины была схема трансэксл, когда двигатель расположен спереди, а КПП – на заднем мосту. Открыто расположенные шкивы загрязнялись, а ремни пробуксовывали, растягивались и горели. Опыт был признан неудачным.

Впрочем, сама конструкция не исчезла. Не пригодившись на автомобилях, она завоевала себе место под капотом мотороллеров и снегоходов, вполне соответствуя применению этих транспортных средств. С меньшим крутящим моментом она прекрасно справлялась, недорогой тянущий ремень можно было менять раз в сезон, а то и чаще, эта простая операция не требовала серьезных затрат, а малая масса и простота обеспечила самое широкое распространение. В общем, обычная схема с тянущим ремнем жива и поныне. Причем чувствует она себя очень уверенно, ни о какой замене на сложные наборные ремни или цепи речи даже не идет.

Варьируем материал ремня

Вариаторы, столь успешно прижившиеся в мототехнике, на машинах долгие годы не применялись, но простота и удобство схемы не давали конструкторам покоя. Основные проблемы были уже давно выявлены – при хорошем динамическом диапазоне такой АКПП ей все же очень мешали снижение КПД при крайних передаточных отношениях (когда разница между диаметрами ведущего и ведомого шкивов становилась слишком большой) и большая нагрузка на ремень при этом.

Сильно улучшило позиции вариатора изобретение компанией братьев Ван Дорн наборного стального ремня. Конструкция его состояла из нескольких несущих стальных лент-ремней и перпендикулярно нанизанных на них стальных пластин сложной формы, позволяющей передавать вращение со шкивов.

Для трогания с места предусматривалось обычное фрикционное сцепление (как на «механике»), а для расширения динамического диапазона и заднего хода еще и планетарная передача, знакомая по классическим АКПП. Поначалу вариаторы оснащались еще и повышающими редукторами для снижения передаваемого момента, но серийные конструкции были устроены уже немного проще.

Ресурс таких конструкций возрос до вполне приемлемых 80-120 тысяч километров пробега, но недостатков хватало. И в первую очередь не хватало надежности в работе. Особого распространения схема не получила, так как дальнейшее небольшое усовершенствование схемы работы ремня значительно улучшило характеристики трансмиссии.

Основные недостатки касались вибраций и (все еще) крайних передаточных отношений. При минимальном диаметре одного из шкивов ремень на нем сильно изгибался и к тому же пробуксовывал из-за недостаточной площади соприкосновения. Любые рывки тяги провоцировали пробуксовку еще сильнее. Пробуксовка быстро изнашивала ремень и шкивы. Возникающие при пробуксовке вибрации попутно вредили трансмиссии и снижали комфорт. В результате даже такая усовершенствованная конструкция применялась только на малолитражных машинах. Наиболее популярная из них – это Nissan Micra K11, дебютировавшая в 1992 году.

На фото: Nissan Micra K11

Тянущий вариант и гидротрансформатор

Исправить ситуацию помог гидротрансформатор вместо фрикционного сцепления и изменение схемы работы ремня. «Бублик», который был задействован при трогании машины, позволял избежать рывков тяги, а заодно и облегчить старт. А значит, можно было ограничиться меньшим передаточным отношением при трогании и заодно снизить вероятность пробуксовки из-за смягчения рывков ГТД.

Второе важное новшество – применение так называемого «толкающего ремня». В этом случае крутящий момент передавался не на той ветви ремня, что тянул ведущий шкив, а на той, что он толкал. Стальные бандажи, основа ремня, не испытывали больше нагрузки на растяжение, а все усилие передавалось через пакет пластин.

Это нововведение уменьшило износ ремня и улучшило условия его работы. А все вместе позволило применять вариатор на весьма мощных моторах. Изначально моторы 1,6 литра были пределом, но сейчас аналогичные конструкции применяют уже и на моторах 2,5, а то и 3,5 литра. Например, так устроены самые распространенные конструкции вариаторов Jatco, применяемые на многих японских машинах, например, бестселлерах Nissan Qashqai и X-Trail, а за ними – Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX…

На фото: вариатор Jatco jf011e

Путь от первых конструкций, на первый взгляд, не так уж велик… Но на деле в эти годы шла долгая кропотливая работа по улучшению вариатора такой схемы, позволившая сделать его весьма надежным, простым в эксплуатации и ремонте, сохранив при этом относительно недорогую конструкцию.

Вариации на тему

Схема с толкающим ремнем на слабых моторах может применяться и без ГТД, что демонстрируют вполне неплохие конструкции на некоторых китайских машинах. Простого сцепления хватает для обеспечения нужных характеристик, пусть и машины с упрощенными трансмиссиями едут уже не столь хорошо. Зато цена совсем невелика, а конструкция даже проще, чем у иной «механики». Собственно, один из первых удачных вариаторов с толкающих ремнем на Subaru Justy был устроен именно так.

На фото: Subaru Justy

Вариант с цепью

Использовать вместо ремня цепь кажется очень разумной затеей. Благо вариант это проверенный, роликовая цепь давно заменила ременную передачу там, где возможностей ремня уже не хватало, в тех же мотоциклах или промышленных передачах. Вот и в вариаторах цепь пришла на смену ремню, когда показалось, что тянущий ремень уже не справляется.

Разумеется, у вариаторов нет зубцов для зацепления, так что мощная пластинчатая цепь просто зажимается с боков шкивами. Серьезными преимуществами являются меньший возможный радиус закругления и большая прочность на сжатие. Да и растяжение цепи зависит в основном от износа в ее подшипниках, а значит, теоретически есть возможность сделать ее очень ресурсной, ограниченной только по износу контактных площадок.

В результате вариатор с цепью может быть заметно прочнее, меньше боится пиковых нагрузок и позволяет расширить динамический диапазон трансмиссии. Есть и экспериментальные конструкции, где один из шкивов зубчатый, а натяжение обеспечивается дополнительным роликом, но в серийном производстве пока господствует более компактная схема с двумя подвижными шкивами и передачей момента простым фрикционным зацеплением.

Конструкция с тянущей цепью была успешно реализована компанией Volkswagen в сотрудничестве с LuK для машин с продольным расположением двигателя в конце девяностых годов и применяется вплоть до сегодняшнего дня. Речь идет о вариаторах Multitronic – они выдерживают крутящий момент до 310 Нм. Применение цепи позволило заметно поднять передаваемый момент, а все недостатки трансмиссии оказались конструктивными и мало связанными с самой схемой.

Разве что ресурс цепи получился сравнительно невелик, около 100 тысяч километров пробега, но с учетом относительно небольшой ее цены и простоты замены это можно считать вполне успешным результатом. Помощь в разработке цепи и шкивов оказывала компания LuK, она же предложила свои услуги компании Subaru, когда та решила создать свой клиноцепной вариатор Lineatronic.

Результат впечатляет, новая трансмиссия «переваривает» момент двухлитрового турбомотора и при этом умеет быть экономичной и спортивной одновременно. Без ГТД и тут не обошлось. Для Субару это не первый опыт работы с вариаторами, они были одними из пионеров внедрения вариаторов с толкающим ремнем, выпустив в 1984 году свой вариант ECVT для модели Justy, но от дальнейших разработок отказались, хотя первый опыт и был весьма успешным.

Вариации в форме тора

Европейские производители пошли по пути роботизации вальных КПП (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и т.п.), а японские компании, объединив усилия, продолжают работу над вариаторами. Следующим шагом в развитии стал отказ от ремня и цепи при передаче крутящего момента в пользу трения шкивов.

Подобные конструкции применялись и ранее, но фрикционная передача с коническими валами и промежуточным роликом слишком громоздка для применения в автомобиле. Но на помощь пришла схема с тороидальными поверхностями, так называемый «тороидальный вариатор». В этом случае вращение передается с ведущего тороидального конуса на ведомый с помощью промежуточного ролика.

Хитрость конструкции в том, что расстояние между точками на прямой, пересекающей оси вращения промежуточного ролика и тороидальных поверхностей, всегда одинаковое. А значит, не нужна цепь – один ролик вращается, одним краем касаясь малого радиуса конуса, а другой – большого, обеспечивая изменение передаточного отношения. Нет ни цепи, ни ремня, при этом размер точки контакта невелик, но постоянен, контактные поверхности можно изготовить из твердых материалов, а роликов использовать несколько – для увеличения площади контакта.

На практике такую технологию применял только Nissan на своих вариаторах Extroid, ставившихся на ряд мощных моделей вроде не особо распространенных у нас на рынке Cedric и Skyline. На этом пока что все закончилось.

Тороидальные вариаторы выглядят сложнее традиционных – приходится использовать две последовательных передачи для обеспечения нужного динамического диапазона. Проблема в том, что из-за необходимости применять очень дорогой и износостойкий материал для роликов, трансмиссия оказалась дорогой, сопоставимой по цене с традиционными АКПП с «бубликом» и планетарными редукторами.

Впрочем, прогресс не стоит на месте, и очень возможно, что у перспективного Extroid появятся более доступные наследники.

На фото: вариатор Nissan Extroid

Варианты без трения

Сейчас все серийные конструкции вариаторов передают крутящий момент за счет трения в зоне контакта цепи, ремня или роликов, но уже существуют наработки, позволяющие отказаться от передачи трением и воспользоваться возможностями зубчатого зацепления, а значит, повысить КПД и уменьшить износ рабочих элементов конструкции. Причем они есть как для конструкций с цепью, так и для тороидальных вариаторов.

Особый профиль зубьев позволит уменьшить давление в точке зацепления и при этом иметь возможность так же плавно менять передаточное отношение. Вариаторы с цепью и дополнительным натяжным роликом уже сейчас могут обеспечить отсутствие проблем с КПД у передачи в одном из крайних положений валов, но этого недостаточно, чтобы получить преимущество перед более компактными схемами с двумя раздвижными шкивами. До практического применения этой схемы, впрочем, дело пока что не дошло – только до опытных моделей и теоретических изысканий.

В частности, в прошлом году патент на зубчатый вариатор с постоянным зацеплением оформил профессор К.С. Иванов из Казахского института механики и машиностроения. Возможно, именно этот вариант и есть будущее бесступенчатых трансмиссий.

Источник https://avtoyoutube.ru/chto-takoe-variator-v-avtomobile.php

Источник https://seite1.ru/zapchasti/variatoropisaniefotoprincip-rabotyustrojstvovidy/.html

Источник https://www.kolesa.ru/article/jetot-strashnyj-variator-mify-i-pravda-o-besstupenchatyh-korobkah-2015-07-09