Принцип работы вариатора на автомобиле
Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в плавной смене скоростей (передаточного числа) как при повышении, так и при снижении скорости. Безусловно, большую работу делает компьютерная программа, которая и создает ступени, но они запрограммированы для ручного управления (при движении по снегу или грязи, когда скорость не имеет значения, а важна только максимальная тяга). Сама же коробка ступеней не имеет, это обеспечивает передачу усилий от коробки к колесам намного точнее.
В настоящее время существует два типа строения вариатора:
- Клиноременный. Таком вид устанавливают на 95 % авто с CVT.
- Тороидный. Практически не используются в настоящее время из-за сложных настроек и строения.
- Клиноременные вариаторы — самые популярные типы трансмиссии, используются в автомобилях марок Infiniti, Audi, Nissan и пр. Давайте рассмотрим принцип их работы.
Осуществляется передача трансмиссионного числа от главного (ведущего) шкива (который связан с силовым агрегатом) к ведомому (который связан с приводом и колесами) по принципу ременного сообщения.
Смена передаточного числа происходит по принципу изменения диаметра шкивов. Изготовитель сделал их разборными, а не сплошными, состоящими из двух частей конической формы, обе части посажены на вал и могут сходиться и расходиться. Диаметр в месте соприкосновения ремня со шкивом изменяется в зависимости от скорости и нагрузки.
Попросту говоря, принцип работы заключается в следующем: когда автомобиль трогается, мотору нужно большое усилие, чтобы начать движение колес. Чтобы снизить нагрузку двигателя до минимума, ведущий вал должен быть самого маленького диаметра (конусы разводятся в месте соприкосновения). Диаметр ведомого вала в этот момент должен быть, напротив, максимальным (конусы сводятся). За счет этого ведущий шкив проделывает несколько оборотов, чтобы ведомый сдвинулся всего на один (максимальное число). Этот процесс намного снижает нагрузку на силовой агрегат, что значительно облегчает ему работу.
После набора скорости передаточное число уменьшается (это необходимо для снижения тяговой силы, но при этом происходит увеличение оборотов на ведомом шкиве). Принцип работы: диаметр ведущего рола увеличивается (конусы сходятся), а у ведомого, напротив, расходятся.
При максимальном диаметре ведущего шкива и наименьшем ведомого, первый один раз оборачивается, а второй за этот промежуток делает несколько оборотов (из-за этого скорость его вращения наибольшая). Но в этом случае нагрузка на двигатель намного выше.
Вывод: трансмиссионное число достигается по принципу изменения диаметров двух шкивов и ременной передачи (между ними).
- Принцип работы вариатора на автомобиле тороидного типа принципиально отличается от предыдущего. Передача тяги осуществляется при помощи роликов, зажатых между шкивами. Шкивы имеют форму тороида (из-за чего имеет такое название) и располагаются на одном стержне.
Принцип действия: чтобы тороидный вариатор сменил передаточное число, роликам необходимо изменить свое положение. Для наибольшей тяги зажимы роликов нужно повернуть по направлению к ведомому шкиву, такое расположение сведет диаметр контакта ролика и шкива к минимуму, в то же время у ведомого ролла диаметр будет наибольшим.
При увеличении скорости необходимо увеличение вращения и снижение передаточного числа, ролики отходят в противоположную сторону (ведущего ролла), при этом оба диаметра изменятся противоположно.
Принцип работы CVT
Как говорилось выше, в вариаторной коробке физически отсутствуют фиксированные передачи, но есть виртуальные, созданные на программном уровне. Они нужны для ручного управления, например, когда нужна максимальная тяга автомобиля и не важна скорость (движение по заснеженному участку дороги).
В основе наиболее распространенного клиноременного CVT (устанавливается на 95% современных автомобилей) могут быть заложены одна или две ременные передачи. Передачу образуют два шкива (ведущий и ведомый), соединенные между собой клиновидным ремнем. Такая конструкция получила соответствующее название – клиноременной вариатор. Еще есть клиноцепная бесступенчатая коробка, в которой вместо ремня задействована стальная цепь. Самый известный вариатор с цепью – Multitronic, разработанный инженерами компании Audi.
Немного истории
Принцип действия, на котором основана работа вариатора был замечен Леонардо да Винчи еще в 1490 году. Первый патент на это изобретение был получен в конце XIX века, а первые автомобили, имеющие вариатор, увидели свет только в 50-х годах прошлого века, когда инженеры компании DAF установили его на легковые автомобили, выпускаемые серийно. Чуть позже к ним присоединился концерн VOLVO. Но основное распространение коробка вариатор получила совсем недавно — в середине 90-х годов.
Вариаторная коробка передач Nissan
Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач, которая плавно передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии в заданном числе оборотов коленчатого вала. Основным преимуществом вариатора является его оптимальный выбор соотношения оборотов двигателя и нагрузки на трансмиссию. Такой подход позволяет эффективно использовать мощностные показатели мотора, существенно экономить топливо. Кроме этого, плавное непрерывное изменение передаточного числа вариатора, сопровождающееся полным отсутствием рывков, дает самый высокий уровень комфорта при движении для водителя и пассажиров.
Основным стопором развития вариаторной трансмиссии является довольно высокая сложность передачи большого крутящего момента. Именно поэтому первое распространение коробка вариатор получила на малолитражных автомобилях, имеющих небольшую мощность двигателя. Но, тем не менее сегодня, с ростом технологий и внедрением в конструкцию металлических ремней, производители начали устанавливать вариаторы на автомобили мощностью свыше 200 л. с.
На сегодняшний момент распространение получили только три типа устройства вариаторов, такие, как клиноременный, тороидальный и совсем недавно разработанный клиноцепной механизм, применяемый в вариаторах Multitronic от Audi.
Как правильно ездить на машине с коробкой CVT
Чтобы продлить срок службы вариаторной трансмиссии, необходимо правильно эксплуатировать автомобиль с данной конструкцией коробки передач. Владелец должен воздерживаться от выезда за пределы дороги. Пробуксовка колес при движении по снегу или грязи снижает срок службы механизма.
Не натыкайтесь на какие-либо острые препятствия, как можно реже переключайтесь с режима D на R, чтобы снизить скорость износа компонентов.
Нельзя использовать автомобиль в качестве тягача или перевозить прицеп, превышающий установленные нормы.
Разгонная динамика вариатора
Начните с драйва.
При нулевой скорости обороты двигателя находятся на уровне «холостого хода», 700-900 об/мин. При нажатии на педаль газа машина сначала «набирает обороты», еле двигаясь. Набрав обороты, машина начинает двигаться с постоянной тягой, без «дерганий» при переключении передач.
Я бы назвал этот режим «выстрел из рогатки». Те сначала подтягиваем резинку (набираем обороты двигателя), а потом постоянно разгоняем машину с постоянным тяговым усилием.
Соревнования по разгону: вариатор и «автомат».
Если поставить на соревнование две одинаковые машины, с вариатором и с классическим «автоматом» (со сцеплением), то после старта мы увидим следующую картину. Автомобиль с «автоматом» довольно резко тронется и начнет разгоняться, периодически «переезжая» на переключение передач. Автомобиль с вариатором потеряет мощность, как если бы водитель позже нажал на педаль газа. Но после этого машина начнет плавно и уверенно разгоняться и в какой-то момент обгонит «автомат».
Зачем заранее?
В первую очередь «автомат» при переключении передач срывает сцепление, в связи с чем тяга нестабильна. В этот момент двигатель не разгоняет автомобиль. Если среднее время переключения около 0,25с, то умножив на 4 интервала (с 1-й по 5-ю передачу), получим 1 секунду без привода. Для среднего автомобиля, который разгоняется до 100 км за 10-12 секунд, это почти 10% времени.
Во-вторых, при разгоне привод стабильно «держит» скорость двигателя в зоне максимального момента. Разгон автомобиля осуществляется за счет изменения передаточного числа трансмиссии. Классические инжекторные бензиновые двигатели очень «медленны» на оборотах ниже 3,5 т/мин. Его мощность просыпается в зоне 4,5-6,5 тысяч оборотов. Автомат хоть и старается поддерживать скорость в высоких зонах при активном разгоне, стрелка тахометра все же плавает в широком диапазоне частот, не всегда захватывая области наибольшего крутящего момента.
С какой скоростью вариатор разгонит машину?
Поскольку сам вариатор (точнее, его программа) определяет, когда прекратить увеличивать скорость и начать «давать тягу» колесам, то это один из самых важных вопросов при вождении данного типа автомобиля. «Старые» вариаторы всегда давали полный газ, заставляя двигатель «расти», даже если водителю требовалось лишь немного газа. Этот безусловный недостаток был исправлен в вариаторах нового поколения 2007-2010 гг.
При плавном нажатии на педаль газа трансмиссия лишь слегка набирает обороты, разгоняя автомобиль слабо, на малых оборотах двигателя. При достаточно сильном нажатии обороты сразу уходят в зону самого оптимального момента (в моей машине это 4,5 тонны оборотов) и тянешь, пока не ослабишь давление на педаль акселератора. При «кручении педалей до земли» коробка сразу устанавливает предел «красной зоны», то есть максимальный крутящий момент, и удерживает его до момента начала педали.
Таким образом, водитель управляет частотой вращения двигателя во время разгона скоростью нажатия на педаль акселератора. Это очень логично и понятно. Чем быстрее вы хотите ускориться, тем быстрее вы нажмете на педаль газа.
Что такое автоматический и ручной режим вариатора
Движение в автомобиле с вариатором может осуществляться как в автоматическом режиме, так и с выбором ручного режима. Выбор режима производится селектором, различные расположения обозначены надписями.
Режимы вариатора:
- “D” – направление движения вперед. Относится к основным режимам, в которых с помощью компьютера изменяется передаточное число с учетом условий движения. Электроника следит за работой как вариатора, так и двигателя, обеспечивая их полноценную работу.
- “Р” – реверс. Для его реализации были внесены конструктивные изменения в виде установки специальных агрегатов. Включение этого режима допускается только при полной остановке автомобиля.
- «N» — нейтральная передача, при ее выборе разрывается связь между двигателем и коробкой передач. Его следует выбирать только во время длительной остановки.
- “P” – режим парковки, при котором ось ведомого конуса блокируется, исключая любое движение. Его следует выбирать только при оставлении автомобиля на стоянке. На многих автомобилях для выбора этого положения селектора помимо нажатия кнопки на рычаге нажмите педаль тормоза и включите стояночный тормоз. Переход в этот режим осуществляется выполнением тех же действий, только в обратном порядке.
- «+» и «-» — ручное управление, имитирующее переключение ступеней, хотя на самом деле вариатором управляет электроника и постоянный контроль за работой вариатора и ДВС со стороны компьютера.
- «S» — спортивный режим вождения. Предназначен для более динамичного движения автомобилей при нажатии педали акселератора. Изменение динамических характеристик движения происходит при более медленном изменении передаточного числа, что на выходе дает увеличение тяги наряду с увеличением скорости.
- «Е» — экономичный режим вождения, противоположный спортивному. В этом режиме осуществляется наиболее полное соединение ДВС с вариатором, что выражается в снижении расхода топлива.
- «L» — режим, предназначенный для тяжелых условий эксплуатации автомобиля. При выборе этого режима на ведущие колеса подается максимальное передаточное число. Езду с рычагом селектора в положении «L» следует осуществлять при буксировке прицепа или другого транспортного средства, при движении по бездорожью и в других сложных условиях.
История
Первые наброски бесступенчатой вариаторной трансмиссии (СVT – Continuous Variable Transmission – Постоянно Изменяемая Трансмиссия) можно найти в работах Леонардо да Винчи, датированных примерно 1490 годом. Неизвестно, нашёл ли применение тогда этот принцип, но в Европе к теме вернулись уже в 19 веке – в 1886 году выдан европейский патент на тороидальный вариатор.
В 1910 году мотоцикл Zenith с патентованной вариаторной трансмиссией Gradua-Gear настолько успешно участвовал в гонках Hill Climb, что трансмиссии подобного типа были запрещены в этих гонках для сохранения конкурентоспособности традиционных КПП.
В 1912-ом на мотогонках Tourist Trophy та же судьба постигла британцев Rudge-Whitworth с их системой Rudge Multigear. Официальная формулировка также содержала отсылку к необходимости поддержания интриги в гонке.
Запреты вариаторов в спорте продолжались до конца века – так, в 1994 году вариаторы были запрещены в Формуле-1 ввиду опасений, что одна из команд может в будущем получить огромное преимущество, разработав достаточно эффективную трансмиссию на вариаторном принципе.
История вариатора на легковом автотранспорте начинается с 1928 года. Именно тогда третий по величине британский автопроизводитель Clyno Engineering Company устанавливает на автомобиль вариаторную трансмиссию собственной разработки – впрочем, не очень надёжную и эффективную ввиду отсутствия на тот момент необходимых технологий и материалов.
В 1958 году голландский производитель DAF, ныне известный нам по грузовым автомобилям, презентовал легковую машину DAF 600 с вариатором собственной конструкции Variomatic, которая после приобретения патентов компанией Volvo стала называться VDT (Van Doorne Transmissie– в честь владельца компании DAF Губерта Ван Дорна, самостоятельно разработавшего систему). Машина была интересна ещё и тем, что обеспечивала возможность торможения двигателем – для перевода трансмиссии в этот режим достаточно было переключить тумблер на приборной панели. Именно DAF является первым массовым автомобилем с вариаторной трансмиссией.
В конце 80х годов доработанный японскими инженерами вариатор продолжил наступление в нише компактных автомобилей. Знаковым автомобилем стала нацеленная в том числе на американский рынок Subaru Justy с электронным управлением вариатором. Несмотря на ограниченную популярность модели, вариаторы на автомобилях марки продолжали использоваться и в дальнейшем.
Nissan, также начавший эксперименты с бесступенчатыми трансмиссиями на малолитражке March в 1990х, в итоге стал устанавливать на полноразмерные автомобили – примером тому была Nissan Altima с 3,5 литрами под капотом. До того одним из недостатков вариатора считалась именно неспособность работать с большими крутящими моментами.
В результате непрерывного совершенствования вариаторов сегодня мы можем наблюдать надежно работающие вариаторы как на мощных Nissan и Audi, так и на конструкциях, далеких от автомобильного мира: например, трансмиссия вариаторного типа ставится на японский основной боевой танк Type 10 весом в 48 тонн и мощностью силовой установки 1200 л.с.
Что такое вариатор
Вариатор CVT (сокращение от Continuous Variable Transmission) — механизм, позволяющий изменять передаточное число трансмиссии без переходов между ступенями. В результате автомобиль плавно реагирует на изменяющиеся условия движения и сигналы водителя.
Изначально это устройство было изобретено Леонардо да Винчи в последние годы XV века. Но выдача официального патента на механизм была зарегистрирована гораздо позже, что негативно сказалось на внедрении этого принципа в технику.
В середине прошлого века на мотоциклах применялась вариаторная коробка передач. К концу века изобретение было востребовано в авиастроении.
Первый автомобиль, оснащенный вариаторной трансмиссией, сошел с конвейера в 1958 году на заводе DAF. Конструкция привода тех времен не отличалась надежностью. Резиновые ремешки быстро изнашивались, и корпус требовал ремонта.
Через некоторое время голландский инженер Хаб Ван Дорн применил гибкое стальное соединение, что повысило надежность механизма. Полноценное производство машин с такой компоновкой трансмиссии началось в 80-х годах прошлого века.
Современные технологии подразумевают использование новых износостойких материалов и специализированных смазочных материалов. Конструктивно усовершенствована конструкция агрегатов, оптимизированы гидравлические узлы и электроника, что позволило повысить производительность оборудования.
Что такое вариатор и в чём его главное отличие от привычных КПП
Трансмиссия CVT – что это такое? CVT – это сокращение английского названия вариатора, т.е. Continuously Variable Transmission, что в дословном переводе означает «постоянно изменяющаяся передача». Его главное свойство – способность менять передачи в ином, чем мы привыкли порядке, а именно без постоянного и последовательного переключения скоростей (ступеней, передач). В связи с чем вариатор справедливо называют бесступенчатой трансмиссией. Это его главная отличительная особенность.
Вариатор относят к классу автоматических коробок передач: он работает в широком диапазоне, передачи переключаются автоматически, процессами управляет электронная система. И всё же разница между CVT и «автоматом» существенная. В чем именно она состоит?
- Бесступенчатая трансмиссия легче и меньше по размерам, чем АКПП.
- Отличается от «автомата» принципом работы. CVT обеспечивает идеальное сочетание передаточного отношения с нагрузкой на двигатель в каждый из моментов времени (изменения происходят каждую секунду).
С инженерной точки зрения вариатор является оптимальной из всех существующих ныне КПП. Но не спешите принимать решение о покупке авто с CVT, не всё так однозначно.
Преимущества и недостатки
Если вы лично пользуетесь машиной с CVT, обязательно оставляйте свои отзывы. Особенно пишите относительно того, согласны ли вы с представленными недостатками и преимуществами, либо нет. Будет интересно узнать ваше мнение.
Опираясь сугубо на мнение общественности и заключения экспертов, можно привести несколько доводов против вариаторов и в их пользу. То есть закончить предлагаю тем, что рассмотрим плюсы и минусы CVT.
Начнем с положительного. К основным преимуществам стоит отнести:
- плавный разгон с отсутствием скачками и рывками;
- экономный расход топлива;
- более быстрое переключение скоростей;
- машины не глохнут на подъемах и светофорах;
- используется всего 2 педали, как на АКПП;
- легкое управление;
- отсутствие шума при разгоне;
- отличное взаимодействие с круиз-контролем;
- высокий уровень экологичности;
- длительный срок службы при адекватном обращении.
Но не торопитесь с выводами. Еще нужно посмотреть на обратную сторону вариаторных коробок передач.
Здесь тоже есть над чем подумать. Далеко не для всех водителей, учитывая их манеру вождения и условия эксплуатации автомобиля, вариатор станет хорошим выбором при покупке автомобиля.
К недостаткам стоит отнести:
- машины на таких КПП не могут долго ехать при высоких оборотах;
- вариатор не предназначен для бездорожья;
- требуется частая замена масла (минимум каждые 30 тысяч км);
- при грубой эксплуатации быстро возникают поломки;
- не выдерживает таких же нагрузок, как механика;
- ремонт стоит дорого;
- при выходе из строя любого датчика возникают проблемы;
- нужна специальная жидкость для ремня, которая стоит не дешево.
Вот такие выводы можно сделать относительно вариаторного типа трансмиссии. Стоит ее покупать в комплекте с автомобилем или нет, решайте сами.
Если есть вопросы, задавайте. Постараемся на все ответить
Всем спасибо за внимание!
Watch this video on YouTube
Подписывайтесь, оставляйте комментарии, приглашайте к нам своих друзей и ждите много новых материалов!
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.
Принцип работы и конструкции вариатора
Проще всего принцип работы вариатора можно рассмотреть на примере самого распространенного типа устройства: клиноремённого.
На валу, который соединён с валом двигателя находится ведущий шкив, выполненный из двух половинок. Половинки могут передвигаться по валу (оси своего вращения). Аналогичный (состоящий из двух половинок) шкив расположен на другом валу, соединённом с приводами колес автомобиля. Этот шкив называют ведомым. Между собой ведущий и ведомый диски соединены ремнём, клиновидным в сечении.
На низких оборотах двигателя половинки ведущего шкива раздвинуты и ремень «провален» к оси вращения, а на ведомом шкиве наоборот: ремень «выдавлен» максимально далеко от оси вращения.
Таким образом, за счёт трения в месте контакта ремня с поверхностями половинок шкивов образуется ремённая передача, схематично изображённая на следующем рисунке.
То есть ведущий вал как бы аналогичен шестерёнке малого диаметра, а ведомый – большого. Соответственно, на малых оборотах угловая скорость ведущего шкива существенно выше, чем ведомого, к которому передаётся максимальное тяговое усилие (и минимальная угловая скорость).
Сдвигает половинки ведущего шкива торцевое усилие, формируемое в зависимости от конструкции вариатора инерционными силами (от роликов внутри одной половинки шкива, перемещающихся за счёт центробежных сил – простейший случай) или гидравликой, получающей команды от электронного блока управления (современные системы).
Помимо центробежных, системы передачи крутящего момента с электронным управлением могут быть электромагнитными или многодисковыми, но наибольшее распространение благодаря доведенности конструкции получили гидротрансформаторы.
На высоких оборотах картина обратная: «шестеренка» ведущего шкива становится большого диаметра (ремень выдавливается к периферии шкива) а у ведомого половинки раздвигаются и ремень «проваливается» к малого диаметра). Трение, необходимое для изменения расстояния между половинками ведомого шкива и натяжение ремня обеспечивает пружина.
По принципу действия помимо клиноременных существуют ещё торовые вариаторы.
В них роль составных шкивов выполняют конусообразные диски, а роль ремня – ролики грибовидной формы, имеющие возможность не только вращаться вокруг своей оси, но и перемещаться относительно оси вращения дисков. При различных положениях роликов они по различного диаметра окружностям соприкасаются с дисками, и за счёт этого меняется передаточное отношение между дисками. На практике торовые вариаторы встречаются существенно реже клиноременных.
Казалось бы, если всё так просто и принцип работы устройства хорошо известен, почему на автомобилях вариаторы стали применяться сравнительно недавно?
Дело в том, что материал ремня, используемый в вариаторах скутеров и снегоходов, не рассчитан на уровень нагрузок, которые возникают в автомобилях. И только современные технологии позволили разработать привод вариатора, выдерживающий высокие нагрузки.
Ремень современного автомобильного вариатора металлический, состоящий из двух металлических лент и вставленных в них набора упругих металлических звеньев.
От ведущего шкива наиболее зажатое в нем звено передаёт толкающее усилие к следующему звену и далее по цепочке. Получается, что такой наборный ремень не тянет, а толкает ведомый шкив и это позволяет передавать на него бо́льшие усилия, чем в обычной клиноремённой передаче. Именно такой тип привода получил максимальное распространение в современных вариаторах.
В некоторых марках автомобилей (прежде всего Audi) встречается привод в виде многозвенной цепи вместо ремня.
Такую передачу ещё называют клиноцепной. В отличие от металлического наборного ремня пятно контакта торцевых участков такой цепи с конусной поверхностью шкивов существенно меньше, и это обстоятельство предъявляет повышенные требования к материалу и сочленениям цепи. У цепной передачи самый высокий КПД передачи усилия от ведущего шкива к ведомому, неплохие показатели долговечности, достаточно простая замена в случае необходимости. Но при этом цепь – достаточно дорогой привод.
К особенностям конструкции вариатора ещё следует отнести необходимость встраивания в устройство механизма заднего хода – прямой реверс шкивов вариатора невозможен. Практически это решается так же, как и в автоматических коробках передач: в конструкции предусмотрен планетарный редуктор.
Что такое вариатор
Вариатор CVT (расшифровка аббревиатуры – Continuously Variable Transmission) – это механизм, позволяющий изменять передаточное отношение трансмиссии без переходов между ступенями. В результате автомобиль плавно реагирует на изменение дорожной обстановки и сигналы водителя.
Изначально подобное устройство изобрел еще Леонардо да Винчи в последних годах XV века. Но выдача официального патента на механизм зарегистрирована много позже, что отрицательно повлияло на внедрение указанного принципа в технике.
К середине прошлого века коробку передач с вариатором применяли на мотоциклах. К концу столетия изобретение стало востребованным в самолетостроении.
Спустя время, голландским инженером Хуб Ван Дорном была применена стальная гибкая связь, что повысило надежность механизма. К полноценному производству машин с такой конструкцией трансмиссии приступили в 80-х годах прошлого столетия.
Современные технологии предусматривают использование новых износостойких материалов и специализированных смазочных средств. Устройство узлов доработано конструктивно, оптимизированы гидравлические компоненты, электроника, что повысило эксплуатационные характеристики оборудования.
Как считаете, может вариатор CVT со временем вытеснить автоматы и механику?
Да 54.41%
Никогда! 45.59%
Проголосовало: 136
Преимущества и недостатки вариатора
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.
Устройство вариатора
Смысл имеет рассказать о работе клиномерной вариаторной коробки передач (потому что собрат сейчас практически не продается).
Коробка устанавливается на двигатель (либо продольно, либо поперечно). Для того чтобы плавно соединить ее с мотором и в нужные моменты отключать (нейтральный режим), предусмотрена система сцепления.
Сейчас многие производители ушли на гидротрансформатор, схожий устанавливается на классическую АКПП. Однако другие производители могут использовать другие типы – центробежные, электромагнитные или многодисковые (мокрые варианты). Использования гидротрасформатора обусловлено высокой производительностью и высокими эксплуатационными характеристиками, в том числе и долговечностью.
Теперь про само устройство вариатора. Описать его достаточно сложно, все же это не простая конструкция, но я постараюсь:
- Валы с изменяемыми конусами. Про это еще раз я рассказывать не буду (принцип рассказал наверху). Хочется отметить, что из-за больших нагрузок поверхности конусов вариатора делаются из высокопрочных сталей
- Ремень или цепь. Предназначены соединить два вала. Ремнем можно назвать с натяжкой, все потому что он состоит из специальных металлических лент соединенных между собой специальными фасонными частями имеющими вид бабочки и придающих специальную похожую на клин форму. Работает он боковыми частями, которыми благодаря силам трения он контактирует с клиньями шкивов. Тем самым передается момент от одного вала на другой. Стоит отметить, что другие производители, например AUDI используют цепной механизм, она имеет большое количество мелких звеньев и обеспечивает малые радиусы изгиба. Работает она уже не боковой поверхностью, а торцевой. И цепь, и ремень рассчитаны на высокие нагрузки, но они не переносят высоких перегревов (могут деформироваться)
Масло
Да не удивляйтесь, смазка внутри также является важной составляющей и к ней предъявляют высокие требования, обычно здесь идет ATF жидкость, которая заливается в автомат. Нужна она не только для смазки, но и для нагнетания давления в насосе чтобы раздвигать или сдвигать конусы
Масляный насос
Как раз и нагнетает давление в системе
Гидроблок. Он руководит подачей масла в нужные каналы, то есть либо в один конус (вал), либо в другой. Кстати пробуксовки и прочие пинки, и толчки могут быть связаны именно с ним.
Фильтра. Их может быть много, как в самом гидроблоке, так и за его пределами. Они улавливают грязь и мелкие металлические частицы с ремня и конусов, не давая им забивать мелкие каналы
Радиатор. На вариаторной коробке передач он ОБЯЗАТЕЛЕН! Запомните, эта трансмиссия очень быстро перегревается при пробуксовках и высоких нагрузках, поэтому чтобы охладить масло, нужен внешний радиаторный блок. Некоторые на паркетниках которые любят лазить в грязи и буксовать (например Mitsubishi Outlander) ставят дополнительные радиаторы, чтобы убрать излишний нагрев
НУ и последнее это блок управления вариатором. Это электронное устройство, которое работает в паре с ЭБУ, получая от него нужные команды. Оно дает приказания электроники и валам принять ту или иную конфигурацию, которая отвечает данной скорости и нагрузке
Это устройство в двух словах, для того чтобы понять общий принцип работы. Стоит отметить, что изначально у вариатора не было реверсного вращения, то есть движения назад. Поэтому в конструкцию внедрили планетарную передачу, которая позволяет это сделать. Однако это намного усложнило конструкцию.
