Что такое бесступенчатый вариатор в автомобиле?

Бесступенчатые: чем вариатор лучше и хуже автомата

Вариаторы активно теснят привычные автоматы, хотя многие автовладельцы все еще относятся к таким коробкам скептически. Разберемся в особенностях бесступенчатых трансмиссий, а также выясним их плюсы и минусы

Большинство технических решений, которые мы видим в современных автомобилях, призваны облегчать человеку жизнь, ибо давно известно, что двигатель прогресса — лень. Надоело ходить? Вот вам колесо. Лошадку жалко? Вот двигатель внутреннего сгорания. Хлопотно каждый раз переключать вручную передачи? Держите автоматическую коробку! Но, как утверждает известный футуролог Жак Фреско, еще ни одно глобальное изобретение на свете не было придумано и воплощено сразу: любое современное технологичное устройство, будь то фотоаппарат, тостер или автомобиль, есть не что иное, как результат долгой последовательной цепочки усовершенствований одной идеи. Вот и концепция бесступенчатого изменения передачи крутящего момента витала в воздухе уже давно.

Многие приписывают открытие одаренному во всех областях мудрецу Леонардо да Винчи, благодаря которому в 1490 году появилась сама вариаторная схема: в бесчисленных чертежах изобретателя можно встретить конструкцию из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов и тем самым изменять передаточное отношение пары. Но для воплощения идеи в жизнь потребовалось немало времени. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века, а первый работоспособный вариант появился более чем полвека назад: в 1958 г. голландский инженер Хуб ван Доорн успешно довел до конца эксперименты по созданию наборного стального ремня, что позволило малолитражке DAF 600 встать на колеса. С тех пор смысл механизма не очень-то изменился.

Вариаторные трансмиссии можно классифицировать на три типа: тороидальные (два вала, между которыми проходят ролики); гидростатические (вращательное движение гидромоторов происходит за счет давления жидкости) и клиноременные, получившие в автомобильном мире максимальное распространение. Большинство вариаторов обозначаются, как CVT (continuously variable transmission) — «непрерывно изменяемая», а точнее, бесступенчатая трансмиссия.

Внедрение планетарной передачи расширило рабочий диапазон вариатора почти на 20%

По строению эта КП куда проще, чем механическая коробка с россыпью шестеренок и валов: в корпусе вариатора параллельно расположены пара шкивов, а передача крутящего момента от одного к другому происходит при помощи натянутого между ними ремня. Очень похоже на цепную передачу в многоскоростном велосипеде, но вместо звездочек здесь используются двойные конусообразные шкивы, а вместо цепи — клиновидный ремень. Раздвигаясь, каждый шкив меняет длину своей контактируемой с ремнем окружности, меняя передаточное отношение. И чем сильнее варьируется длина окружности, по которой «бегает» ремень, тем шире передаточный диапазон. Главное достоинство такой схемы — плавное изменение крутящего момента. И если раньше в клиноременных вариаторах применяли резиновые ремни (особенно это было распространено в легкой технике, такой, как скутеры или прокатные карты), то сегодня больше всего распространены металлическая наборная лента, реже — стальная цепь.

За последние 20 лет вариаторы претерпели глобальные изменения, прочно обосновавшись в модельных рядах у многих производителей. Широкое распространение такой трансмиссии связано со многими факторами: заметно большая экономия топлива по сравнению с классическими АКП, плавная работа во всех режимах движения, обеспечение эффективной и безопасной работы двигателя за счет возможности поддержания оптимальных оборотов коленчатого вала. Но были у такой конструкции и нарекания со стороны автомобилистов, главные из которых — монотонное завывание мотора, работающего в режиме достижения максимальных мощности и крутящего момента. Этот недостаток в последние годы удалось решить за счет применения модифицированных вариаторов, позволяющих имитировать плавные, но при этом «гидротрансформаторные» ощущения смены передаточных чисел. Как и классическая АКП, которая сбрасывает несколько ступеней вниз при необходимости резкого ускорения, CVT способен переходить в виртуальный режим кикдауна, взвинчивая обороты мотора вверх. В последних моделях изменения стали еще более заметны: в новых коробках стали использовать шкивы с меньшими размерами и массой, улучшенный демпфер блокировки и более эффективный масляный насос. Все это способствовало повышению топливной экономичности и комфорта.

Гибридный CVT компактен: на месте гидротрансформатора разместился модуль из электромотора и двух комплектов сцепления («мокрого» и «сухого»)

Дальше других в совершенствовании бесступенчатых трансмиссий продвинулась компания Nissan. Ниссановский CVT стал первым вариатором в мире, в котором была применена дополнительная планетарная передача, позволяющая увеличить передаточное число с 6:1 до 7,3:1, что значительно расширило ее рабочий диапазон. Изменения передаточных чисел в более широком диапазоне позволяют двигателю не только эффективнее разгонять автомобиль, но и поддерживать более комфортные обороты на крейсерских скоростях движения. Не менее интересна ситуация с гибридными автомобилями: еще в 2011 г. тот же Nissan представил вариатор нового поколения Xtronic, который может успешно работать в автомобилях с гибридными силовыми установками, сочетающие ДВС и электротягу. Новый вариатор разрабатывался для двигателей с объемом от 2 до 3,5 л, и первые образцы были установлены на седаны Altima американского происхождения (в России модель известна как Teana). В Nissan особенно гордятся тем, что они первыми в мире объединили в компактном корпусе тяговый электромотор и вариатор. Модуль системы Nissan Intelligent Dual Clutch System состоит из «сухого» сцепления (контактирует с ДВС через двухмассовый маховик), самого электромотора и «мокрого» сцепления (граничит непосредственно с вариатором). При разгоне оба сцепления смыкаются ради максимальной тяги, а при торможении электромотор работает генератором, подзаряжая батарею. Новую трансмиссию российские покупатели оценили уже на новом поколении кроссоверов Pathfinder, которые построены на той же платформе, что и новые «Теаны».

Из гибридных «Ниссанов» в России представлены только Pathfinder, хотя в США схожая технология есть, к примеру, у X-Trail и Altima

Собственная гибридная система Nissan довольно мощная — эффективность 2,5-литрового турбомотора (234 л. с.) сравнима с показателями 3,5-литровых двигателей (249 л. с.). В этом мы смогли убедиться лично, когда тестировали новый Pathfinder в степях Казахстана: схожие по мощности гибридные автомобили оказались на 15–20 % экономичнее автомобилей с классической схемой ДВС как в смешанном, так и в городском темпе движения. Более того, управлять гибридным автомобилем было удобнее, особенно при резком разгоне: поскольку более скромный по объему турбомотор достигал максимальной мощности при меньших оборотах, в салон автомобиля проникало меньше шума. В остальном различия в управлении между «обычной» и гибридной системой свелись на нет.

А теперь попробуем ответить на один из главных вопросов, мучающих большинство российских поклонников «двухпедальных» машин: могут ли новые вариаторы на равных соперничать с классическими автоматами? Думаю, да, хотя здесь более уместно говорить об условиях эксплуатации автомобиля: в гражданских условиях вариатор может быть даже комфортнее и экономичнее традиционной АКП. С другой стороны, вариаторы пока что более требовательны к условиям эксплуатации, чем классические АКП: CVT традиционно хуже переносят жесткие условия эксплуатации. Именно тяжелое бездорожье, агрессивная манера езды и несоблюдение сервисных предписаний зачастую являются главными причинами поломок.

На ежегодной пресс-конференции, которая прошла в Москве, представители компании Robert Bosch GmbH подвели итоги прошлого года и обрисовали перспективы работы в России, Белоруссии, Казахстане и на Украине

Среди обширного перечня программ одной из самых перспективных немецкие специалисты считают автомобильную, доклад по которой был сделан заместителем генерального директора ООО «Роберт Бош», региональным директором по продаже автокомплектующих Вальтером Шепфом. Он отметил, что работу компании в прошлом году можно смело занести в актив, чему способствовали темпы регистрации новых автомобилей в России. По этому показателю на развивающихся рынках Россия заняла второе место после Китая, а в Европе впереди лишь Германия, по-прежнему остающаяся самым крупным европейским рынком. Что касается будущего, то Шепф остается прагматиком: «Делать прогнозы на этот и следующий год — дело неблагодарное. Вполне возможно, что в худшем случае у нас будет прирост на 1,2 млн новых автомобилей, а оптимистический сценарий — 2,7 млн. Это означает замедление роста примерно на 60%». Кроме того, Вальтер Шепф обратил внимание на тенденцию потери российскими брендами сегмента рынка, который сегодня уверенно занимают автомобили международных брендов, производимые в России. Так же значительно снижается импорт подержанных машин, что напрямую связано с повышением таможенных пошлин. Пользу, которую могут принести последние правительственные законодательные новации российскому автопрому, Шепф не отрицает. Но при этом считает, что россияне все равно отдают приоритет иномаркам, и эта тенденция в нынешнем году вряд ли изменится. Тем более что вступление России во Всемирную торговую организацию, которое планируется на 2012 год, должно привести к снижению таможенных пошлин на иностранные автомобили.

По сравнению с 2007 годом, прошлогодний объем продаж автокомплектующих Bosch в России и Белоруссии увеличился на 50%. И это с учетом того, что общий рост российского производства составил всего 7%. Начались поставки систем управления впрыском для серийного производства двигателей с индексом Euro 3, открылось опытное производства моторов Euro 4, идет разработка систем Euro 5. «У нас также обширные планы на поставку систем ABS. В первую очередь, для автомобилей российских брендов», — отметил докладчик. Благодаря проведенным исследованиям специалисты ООО «Роберт Бош» отметили внимание, проявляемое в России к экологии и экономии энергии, а отсюда и рост интереса потребителей к газобаллонному оборудованию. Тенденция закупки этого оборудования существенно увеличится, если не будут снижаться цены на бензин.

К вопросу о системах безопасности автомобилей Вальтер Шепф в своем докладе возвращался неоднократно: «Появление в 1978 году ABS стало первым шагом повышения безопасности легковых автомобилей. К сожалению, на автомобилях, эксплуатируемых в России, систем ABS примерно столько же, сколько в Индии или Бразилии, и меньше, чем в Китае. О США, Японии, странах Западной Европы я и не говорю». В этом году в Москве пройдет первая конференция по безопасности дорожного движения, и Шепф очень надеется, что на ней будет сделан серьезный акцент на развитие устройств, обеспечивающих безопасность.

«Цену “Калины” или “Приоры” система ABS увеличит всего на 300 долларов, но многие предпочитают потратить эти деньги на другое оборудование, например на усилитель руля, чем на системы, которые могут реально спасти жизнь», — сетует Вальтер Шепф.

Но даже делая оптимистичные прогнозы, Шепф трезво оценивает влияние мирового кризиса на работу компании на российском рынке. Он полагает, что восстановление объемов производства и продаж компонентов Bosch произойдет лишь после 2011 года. При этом такой «антикризисный» метод, как увольнение персонала на предприятиях, Вальтер Шепф считает неприемлемым. К примеру, на заводе автокомпонентов в городе Энгельсе адаптация к нынешнему спросу на продукцию Bosch привела к небольшому сокращению рабочего дня. «Для нас знания и способности людей — ключевая вещь, — заявил Шепф. — Мы не хотим набирать и обучать новый персонал по окончании кризиса, а потому стараемся обеспечить социально разумный подход к адаптации производства к текущему спросу. А вот такую статью расходов, как вложения в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, мы хотели бы сохранить без изменений. Сейчас она составляет до 10% от оборота компании, а в сегменте автокомплектующих и того больше».

Читайте также  Что такое втулка стабилизатора в автомобиле?

Что такое Бесступенчатая коробка передач или Вариатор

В настоящее время увеличилась доля автомобилей, оборудованных вариатором или АКПП из-за комфортности при вождении. Надежность вариаторов повышается с каждой новой моделью, но требует тщательного обслуживания и определенной манеры вождения. CVT создан для плавного вождения в городских условиях и не ставится на мощные автомобили.

Отличие вариатора от автоматической КПП

Вариатор (CVT) многими людьми ошибочно относится к автоматическим КПП. Он является отдельной разновидностью трансмиссии.

Различия АКПП и вариатора:

  1. Конструкция. АКПП состоит из гидравлического трансформатора и планетарного узла. Гидротрансформатор заменяет сцепление и осуществляет переключение ступеней. Планетарная часть АКПП удерживает в постоянном закрепе все блоки шестеренок, что обеспечивает непрерывность и законченность агрегата с одновременным наличием нескольких передач. CVT – агрегат, функционирующий без смены ступеней, а передаточное число отдается двумя шкивами в виде конуса (ведущий и ведомый), располагающихся на противоположных сторонах и соединенных цепью или ремнем. Оба типа трансмиссии обеспечивают комфортное вождение из-за отсутствия постоянного переключения ступеней.
  2. Эксплуатация. В АКПП более низкий КПД из-за утраты части энергии в гидромуфте, что сказывается в виде увеличенного расхода топлива и более низких динамических характеристик по сравнению с автомобилем, оборудованном вариатором. Управление CVT осуществляется при помощи электронного блока управления, который выбирает требуемое передаточное число под характеристики движения и этим обеспечивает щадящую работу ДВС, плавность как при начале движения, так и в разных режимах. За счет большего числа ступеней вариатор обеспечивает экономичную езду с отличными динамическими характеристиками. АКПП надежнее в работе с более длительным эксплуатационным ресурсом и менее требовательна к работе в трудных условиях. Вариатор создан для эксплуатации при плавном движении без резких перепадов скорости и по дорогам с хорошим покрытием. АКПП позволяет буксировать другие машины, ездить с прицепом, по бездорожью, без особого вреда для агрегата позволяет двигаться автомобилю в агрессивной манере.
  3. Обслуживание. Вариатор требует регулярной замены масла, причем требования к маслу очень жесткие, нарушение которых приведет к дорогостоящему ремонту. Масло для такой трансмиссии стоит дороже, но для замены требуется меньший объем по сравнению с АКПП.
  4. Ремонт. Ремонт обоих видов КПП – дорогостоящая процедура, но АКПП больше изучены и содержат меньше электроники, что удешевляет ремонт и делает его возможным вне официальных СТО. Ремень в CVT может не выдержать высоких нагрузок и оборваться. Вариатор сложнее в ремонте, который могут осуществить только официальные представители.

Что такое автоматический и ручной режим вариатора

Движение на автомобиле, оборудованном вариатором, может осуществляться как в автоматическом режиме, так и с ручным выбором режимов. Выбор режима осуществляется селектором, различные положения обозначены надписями.

  1. «D» – направление движения транспорта вперед. Относится к основным режимам, при котором при помощи компьютера происходит смена передаточного соотношения с учетом условий движения. Электроника отслеживает функционирование как CVT, так и двигателя, обеспечивая их полноценную работу.
  2. «R» – задний ход. Для его осуществления внесены конструкционные изменения в виде установки специальных узлов. Включение данного режима разрешено только в условиях полной неподвижности автомобиля.
  3. «N» – нейтральная передача, при выборе которой происходит разрыв связи двигателя и КПП. Ее следует выбирать только при продолжительной остановке.
  4. «P» – парковочный режим, при котором осуществляется блокирование ведомого конусного вала, исключающее любое движение транспорта. Следует выбирать только при оставлении автомобиля на стоянке. На многих автомобилях для выбора данного положения селектора следует помимо надавливания кнопки на рычаге нажимать на тормозную педаль и включать стояночный тормоз. Переход с этого режима осуществляется при выполнении тех же действий, только в противоположном порядке.
  5. «+» и «-» – ручное управление, имитирующее переключение ступеней, хотя на самом деле управление вариатором происходит при помощи электроники и постоянном контроле работы CVT и ДВС компьютером.
  6. «S» – спортивный режим езды. Предназначен для более динамичного передвижения транспорта при нажатии на педаль акселератора. Изменение динамических характеристик движения происходит при более медленном изменении передаточного соотношения, что на выходе дает повышение тяги вместе с увеличением оборотов.
  7. «E» – экономичный режим езды, являющийся антиподом спортивного. В данном режиме осуществляется максимально полная связь ДВС с CVT, приводящая к снижению потребления топлива.
  8. «L» – режим, предназначенный для тяжелых условий эксплуатирования автомобиля. При выборе данного режима обеспечивается максимальное передаточное соотношение на ведущие колеса. Движение при положении селектора на «L» должно осуществляться при буксировании прицепа или другого автомобиля, при передвижении по бездорожью и в других трудных условиях.

Покупать ли автомобиль с такой трансмиссией

Вариатор очень требователен к режимам эксплуатации, обслуживанию, но обеспечивает комфортную езду и легкость управления машиной даже для новичка.

Плюсы автомобиля с вариатором:

  • плавность разгона, отсутствие рывков;
  • минимальное время разгона из-за отсутствия ступеней;
  • плавная езда без скатываний с горок;
  • автомобиль с вариатором не глохнет при движении в городском режиме (пробки, светофоры);
  • легкость управления автомобилем с CVT из-за отсутствия педали сцепления, простоты выбора режима езды под необходимые условия;
  • работа CVT практически бесшумна, даже при спортивном режиме или передвижении в трудных условиях;
  • пониженный расход топлива по сравнению с другими видами трансмиссий;
  • сниженный выброс в окружающую среду вредных веществ.

Минусы автомобиля, оборудованного вариатором:

  • данный вид трансмиссии не предназначен для продолжительного движения на максимально возможной мощности и на больших оборотах двигателя;
  • к обслуживанию такой трансмиссии необходимо относиться щепетильно, своевременно менять трансмиссионную жидкость и фильтры, причем сэкономить на них не получится – для работоспособности агрегата требуются высококачественные расходные материалы;
  • буксировка транспорта, оборудованного CVT, разрешается только при запущенном двигателе, в иных случаях придется прибегнуть к эвакуатору или буксировании методом частичной погрузки ТС;
  • резкие маневры, включая разгон и торможение, уменьшают срок службы трансмиссии;
  • CVT устанавливается на автомобиле с мощностью менее 220 л.с.;
  • ремонт вариатора значительно дороже чем АКПП, осуществляют данную процедуру только у официальных дилеров в связи с ее сложностью;
  • приобретение подержанного автомобиля с такой коробкой чревато значительными расходами на ремонт, поэтому машину с таким типом трансмиссии желательно покупать новую или выбирать со специалистом, разбирающимся в таких КПП, после покупки б/у автомобиля необходимо сразу произвести обслуживание агрегата;
  • агрегат функционирует при помощи электронного блока управления, поэтому неисправность любого датчика отрицательно сказывается на функционировании всей трансмиссии и может привести к поломке, особенно при неисправности датчика скорости.

Вариатор имеет значительные различия по сравнению с АКПП как в конструкции, так в эксплуатации и обслуживании. Транспортное средство, оборудованное такой коробкой, рекомендуется использовать при движении в городе без существенных разгонов и экстренных торможений.

CVT крайне требователен к качеству трансмиссионной жидкости. Замену расходников в вариаторе следует производить своевременно. Соблюдение определенных рекомендаций при управлении автомобилем с CVT значительно отодвинет срок возникновения неисправностей.

Бесступенчатый вариатор: конструкция и особенности работы

Сегодня наряду с другими типами коробок передач в автомобильной технике все больше получают распространение вариаторы. Ввиду своей дешевизны этот тип трансмиссии является достойной альтернативой более дорогим и сложным автоматическим коробкам.

Немного истории

Как это странно не звучит, но вариатор появился более полутора столетий назад. В XIX веке на основе этих механизмов разрабатывали приводы для швейного и прочего производственного оборудования. Спустя немного времени вариаторы стали активно устанавливать на транспортные средства. Но в отличие от мототехники, на автомобилях этот тип трансмиссии длительное время не смог окончательно прижиться из-за его низкого рабочего ресурса, ввиду некоторых конструкционных недоработок. Однако уже в середине ХХ века инженеры большинства автомобильных марок занимались усовершенствованием этой коробки передач, но повысить ее ресурс и решить ряд прочих конструктивных проблем все еще не получалось. Данную проблему удалось решить лишь японским автоконструкторам, которые усовершенствовали вариатор, после чего он начал активно использоваться на большинстве серийных моделей.

В конструкционном плане вариатор представляет собой бесступенчатую систему Continuously Variable Transmission (CVT). Ее особенностями является плавное переключение режимов одновременно с изменением величины передаточного числа. При этом выбор оптимальных параметров работы вариатора осуществляется в автоматическом режиме, после сопоставления крутящего момента двигателя с величиной внешней нагрузки. Отметим, что применение вариаторной трансмиссии в силовой системе автомобиля позволяет максимально использовать и правильно распределить полезную мощность силового агрегата.

Типы и особенности работы вариаторных КПП

В наше время уже каждый серьезный производитель транспортных средств может похвастаться личными наработками, модернизацией и внесением дополнений в вариаторный тип трансмиссии. Все вариаторные коробки переключения передач разделяются на следующие виды:

— вариатор с клиноременной передачей;

— вариатор с тороидальным типом передачи.

Рассмотрим систему, в которой изменение передаточного числа осуществляется посредством клиноременной передачи. Этот довольно простой тип вариатора представлен двумя шкивами с ремнем трапециевидного типа. В свою очередь, по своей конструкции шкивы выполнены в виде дисков-конусов. Это позволяет увеличивать либо уменьшать величину передаточного усилия за счет изменения величины их диаметра при определенном числе оборотов двигателя. Кстати, ремень может быть заменен цепью либо металлическим ремнем из специальных пластин. На качество передачи материал его изготовления абсолютно никакой роли не играет.

Управление шкивами осуществляется при помощи электронной системы, которая представлена сервоприводными датчиками и блоком обработки и исполнения команд. В общих чертах работу системы можно описать так: боковые поверхности трапециевидного ремня взаимодействуют со шкивами. Со временем контактирующие части ремня и шкивов срабатываются, обеспечивая хорошее сцепление. Коленвал двигателя соединен с ведущим шкивом вариатора, который имеет особую конструкцию. То есть, при увеличении скорости вращения коленвала происходит сжатие дисковых «щек» с постепенным перемещением ремня от центра шкива к краю. Вместе с этим, посредством перемещения ведомого шкива осуществляется смещение ремня в центр. Получается, что с изменением скорости вращения коленчатого вала меняются радиусы вращения и величина передаточного числа. Это говорит о том, что такая конструкция вариаторной системы передач позволяет получить не только фиксированное количество и величину передаточных чисел, но и в случае необходимости, дополнительно повысить либо понизить их.

Постоянное натяжение приводного ремня возможно за счет взаимодействия между собой ведущего и ведомого шкивов, которое увеличивается с возрастанием оборотов. Например, при снижении оборотов силового агрегата, когда водитель бросает «газ», внутри CVT происходит процесс противоположный этому.

Вариатор с тороидальным типом передачи усилия имеет принципиально другой принцип действия и устройство. В состав его конструкции включены два сферических колеса, между поверхностями которых располагается специальный ролик. Эти колеса также делятся на ведомое и ведущее. Изменение величины передаточного усилия, возможно благодаря возникающей силе трения между роликом и сферическими колесами.

С изменением положения ролика происходит увеличение либо снижение числа передач. Например, если ролик находится в горизонтальном положении относительно плоскостей колес, они будут вращаться с одинаковой скоростью, но, как только ролик переместиться, скорость ведущего и ведомого колес изменится.

Читайте также  Как снять с учета несуществующий автомобиль?

Отметим, что в точках соприкосновения ролика и поверхностей колес возникает достаточно большая сила, которая притягивает ролик к поверхности одного из колес. Поэтому конструкторы тороидального вариатора разработали специальные устройства, которые помогают это преодолеть. Таким примером может послужить применяемая на большинстве транспортных средств марки Nissan инновационная система Extroid. В ней сила притяжения ролика компенсируется при помощи управляемого электроникой гидромеханизма, который изменяет на невидимую глазу величину его пространственное положение. Говоря проще, механизм немного передвигает ролик, препятствуя возникновению силы притяжения.

О плюсах, и о минусах

Если брать во внимание конструкционные особенности и реальные преимущества CVT перед «автоматом», то большинство автомобилистов считают вариатор просто идеальным видом трансмиссии. Но дать окончательный ответ на вопрос: «какой из типов коробок передач сегодня можно назвать идеальным», вряд ли удастся. Подобное сравнение коробок передач можно допустить лишь в определенных рамках (то есть конструкционные особенности, производители, модели). Однако схожие черты и различия все же очевидны.

Среди преимуществ вариатора можно назвать более плавный ход транспортного средства. В момент набора скорости на автомобиле с вариаторным типом трансмиссии, звук его работающего силового агрегата похож на звук электромотора, то есть, можно с уверенностью сказать, что транспортные средства с вариатором работаю практически бесшумно. Вариаторный автомобиль не скатится случайно с уклона и не заглохнет внезапно без особой причины. Если сравнивать одинаковые автомобили с силовыми агрегатами одной мощности, то резвее будет тот, на котором установлен вариатор, ведь заложенный в основу работы автоматической трансмиссии ступенчатый алгоритм, требует несколько большего временного промежутка на переключение диапазонов.

Помимо этого транспортное средство которое оборудовано вариаторной трансмиссией отличается лучшими экономическими и экологическими показателями.

Но все же, этих преимуществ вариатора недостаточно для того, чтобы полностью вытеснить гидромеханику, из-за наличия ряда определенных недостатков, главным из которых является противопоказание к установке вариатора на мощные внедорожники и седаны. Поскольку данный вид трансмиссии идеально работает лишь на транспортных средствах, мощность силового агрегата которых не превышает 200 л.с. Помимо этого, трансмиссионное масло, используемое в вариаторных коробках стоит гораздо дороже масла для «автоматов». Наличие большого количества разнообразных датчиков и сложная система электронного управления процессом переключения передач делают вариатор сложным в обслуживании и ремонте.

Эти видео расскажут о принципе работы вариатора:


Устройство автомобиля –
«ВАРИАТОР: Бесступенчатая трансмиссия»

Многие производители наряду с механическими, автоматическими и роботизированными коробками переключения передач предлагают своим клиентам трансмиссии вариаторного типа

В салоне припаркованного автомобиля вариатор легко перепутать с обычным автоматом или роботизированной коробкой – отсутствует педаль сцепления, селектор напоминает классический рычаг «автомата» — но на ходу почти сразу становится понятно, что это совершенно другая система.

При этом не только по особенностям поведения автомобиля вариатор стоит особняком: относительно высокая цена, фактическая непригодность к ремонту и множество окружающих клиноременные КПП ограничений – всё это заставляет удивляться, зачем же их нам предлагают обычно не склонные к необдуманным решениям автопроизводители?

Зачем нужен вариатор

Двигатель внутреннего сгорания проявляет себя по-разному в зависимости от оборотов, на которых работает: так, максимальный крутящий момент реализуется на одних оборотах, а максимальная мощность на других – причем в диапазоне, редко используемом, например, при городской езде. И почти наверняка расход топлива в этих режимах работы двигателя не будет оптимальным (хотя, справедливости ради, нужно отметить, что расход зависит от множества факторов помимо числа оборотов двигателя).

Любая коробка передач нужна в автомобиле в первую очередь для того, чтобы изменять в широком диапазоне крутящий момент — а следовательно, и тяговое усилие и скорость вращения колёс автомобиля. При этом получает коробка передач этот крутящий момент с коленчатого вала двигателя, имеющего четко ограниченный рабочий диапазон.

При разгоне, когда нам нужна максимальная динамика, мы уводим двигатель в режим повышенных оборотов и стараемся в нем оставаться, пока необходимость в максимально быстром ускорении не отпадёт. При плавном ускорении на загородной трассе мы так же будем переключаться по мере необходимости.

Именно по этой причине для более полного использования возможностей двигателя выгодно внедрить большее число «коротких» ступеней с узким рабочим диапазоном – чем сейчас и занимаются производители традиционных трансмиссий – но этот подход неизбежно ведёт к увеличению стоимости, сложности и веса коробки передач.

Принципиально же иной подход к этому вопросу состоит в разработке системы, позволяющей в заданном диапазоне передаточных чисел бесступенчато изменять передаточное число трансмиссии. Именно такой системой и является вариатор.

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.

Принцип работы вариатора

Простейший конусный вариатор Эванса содержит два параллельных шкива конической формы, вершины конусов при этом направлены в противоположные стороны. Вращение с одного шкива на другой передаётся ремнем.

Если сдвинуть жесткий ремень на приводном конусе в сторону его основания, то для сохранения своей длины ремень сдвинется и на втором конусе, но за счет разнонаправленности конусов – на более узкий его участок. При этом передаточное число по мере движения приводного ремня будет плавно увеличиваться.

Чаще всего встречающийся в современных автомобилях клиноременной вариатор отличается в деталях от описанной схемы, но принцип, лежащий в основе данных устройств – общий: плавное изменение передаточного числа путём изменения диаметра приводного шкива.

Техническое устройство вариаторной трансмиссии

В клиноременном вариаторе каждый приводной шкив состоит не из одного, а из двух усеченных конусов, направленных друг на друга. Между ними зажат ремень клиновидного сечения, который при движении этих «полушкивов» навстречу друг другу буквально выдавливается на внешний радиус приводных конусов и одновременно переходя на меньший радиус ведомого вала.

Плавной и согласованной регулировкой расстояния между полушкивами – а, как следствие, и выбранного передаточного отношения- в современных автомобильных вариаторах занимается электроника.

Помимо электронного управления, в современную вариаторную трансмиссию входит и устройство, обеспечивающее возможность движения задним ходом (чаще всего для этого используется планетарная передача) и узел, компенсирующий отсутствие в вариаторе нейтральной передачи. Производители используют в этом качестве почти все типы сцепления из присуствующих на рынке:

  • гидротрансформатор (используется чаще всего), встречается на вариаторах Autotronic (Мерседес), Ecotronic (Форд), Extroid и Xtronic (Ниссан; первый чаще встречается на дорогих авто, второй — в бюджетном сегменте), Lineartronic (Субару), Multidrive (Тойота).
  • многодисковое сцепление моктрого типа используется в вариаторах Multitronic (Хонда), Multimatic (Ауди)
  • электромагнитное сцепление с электронным управлением встречается на системах Hyper (Ниссан)
  • центробежное автоматическое сцепление ставится на вариаторы Transmatic (старые ДАФ, Форд и Фиат)

Также некоторыми производителями активно используются тороидальные вариаторы, где ремня нет, а функцию передачи крутящего момента от одного вала к другому выполняют ролики разной формы. Наиболее известен двойной тороидальный вариатор Extroid CVT, который ставился на мощные топовые модели Nissan. К сожалению, высокая стоимость и малая распространенность данного типа вариатора не позволяет считать его конкурентом традиционной клиноременной системы.

Виды ремней вариатора

Главная технически сложная деталь клиноременного вариатора – это, собственно, ремень. Он должен быть крайне жестким и одновременно гибким – чтобы, будучи зажатым гидравликой в приводе иметь возможность работать на разных диаметрах шкивов.
Категорически нельзя ему сжиматься или растягиваться.

Простые автомобильные ремни – наподобие ремня генератора или газораспределительного механизма – под такие требования не подходят (хотя в вариаторе снегохода, например, используется именно резинотканевый ремень). Чаще всего в автомобильных вариаторах встречается наборный металлический ремень близкого к треугольному сечения. В ряде агрегатов этот ремень применяется как «толкающий» — стальная конструкция ремня при сжатии приобретает дополнительную жесткость, что позволяет передавать вторичному валу большую мощность.

Впрочем, иногда проблемы передачи большой мощности с помощью вариатора решают применением вместо ремня широкой цепи, входящей в зацеп с половинами приводных шкивов своими боковыми частями. Дополнительное сцепление цепи, как и в клиноременном вариаторе, обеспечивается специальной трансмиссионной жидкостью, меняющей свою вязкость под давлением в точке контакта ремня и полушкива. Эта жидкость дороже обычного трансмиссионного масла и крайне важна для вариатора.

Читайте также  Датчик холла что это в автомобиле?

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

Несмотря на наличие в системе ремня, назвать его расходником нельзя – большая часть производителей даёт на свои вариаторы гарантию в 150-200 тысяч километров.

При этом несвоевременная замена жидкостей, выезды на бездорожье, резкие нагрузки и удары неизбежно приводят к снижению срока эксплуатации узла – о чем те же производители часто «забывают» написать. Иногда для продления этого срока замену ремня и валов произвести возможно, но чаще узел заменяется в сборе.

Основная беда вариатора заложена конструктивно – цепь или ремень, растянувшийся ввиду неправильного обслуживания или эксплуатации, начинает проскальзывать на шкивах, образуя на них задиры. Со временем даже небольшое разрушение ремня вариатора приводит к катастрофическим последствием для всех узлов вариатора.
Помимо этого могут вызвать гибель трансмиссии и проблемы с датчиками скорости или шаговым мотором, управляющим всей системой. Иногда от продолжительного движения на высоких скоростях могут отказать подшипники полушкивов.

Также вариаторы, изначально созданные под спокойную езду, плохо переносят резкие старты ввиду повышенной нагрузки на ремень/цепь. Отсюда же вытекают ограничения по буксировке как других автомобилей, так и прицепов, что в принципе – не проблема, если речь идёт о небольшом автомобиле.

Кстати, о буксировке автомобиля с вариатором тоже следует сказать отдельно – для этого придётся включать двигатель, чтобы приводной ремень в вариаторе смазывался в движении – но ещё лучше вообще отказаться от буксировки авто на тросе.

Вариатор, как система, в немалой степени зависящая от трения, склонен к перегреву при эксплуатации в снегу или на бездорожье. Вне дорог автомобиль с вариатором эксплуатировать вообще не стоит – ударные нагрузки и проскальзывание колес смертельно опасны для ремня вариатора.

Все эти технические недостатки постепенно преодолеваются. Сложнее с другим –восприятием водителем вариатора, как некорректно работающего устройства традиционного типа.

При необходимости резкого ускорения вариатор, до того находившийся в режиме минимального расхода топлива, сначала дожидается смены режима работы двигателя на оптимальный для разгона. При этом он постоянно меняет передаточное число, чтобы не мешать двигателю перенастраиваться.

После чего, позволяя двигателю оставаться на зачастую некомфортных для слуха водителя высоких оборотах, вариатор начинает плавно менять диаметр шкивов в трансмиссии, обеспечивая плавный, но максимально эффективный разгон с сохранением двигателя в неизменном режиме работы с максимальной отдачей крутящего момента.

Разгон получается оптимальным, но ускорение без привычного изменения тембра работы двигателя с набором скорости рождает заставляет неискушенного пользователя подозревать автомобиль в некорректной работе узлов и отсутствии динамики.

Именно для борьбы с этим субъективным восприятием поведения автомобиля с вариатором производители идут на всяческие ухищрения: добавляют лепестковые подрулевые переключатели виртуальных передач (например, в системе Sportronic у Mitsubishi), изменяют программы управления разгоном так, чтобы выход на оптимальные обороты двигателя происходил постепенно. По сути всё это – скорее дань человеческому консерватизму и маркетинговый компромисс – характеристики авто при этом, пусть и незначительно, но страдают.

Ровно по этой же причине рычаг управления режимами вариатора на многих автомобилях до сих пор стилизуют под рукоятку АКПП, хотя можно было бы обойтись и рядом кнопок.

Быть или не быть вариаторам

КПД трансмиссий вариаторного типа – едва ли не выше, чем у всех конкурентов и составляет 75%. При этом необходимо понимать, что одновременно получить рекордную экономичность и непревзойдённую динамику одной лишь установкой вариаторной трансмиссии – невозможно.

Вариатор Xtronic CVT

В последнее время многие производители предлагают своим клиентам автомобили, оборудованные автоматическим вариатором CVT. У данной трансмиссии отсутствуют ступени, что позволяет организовать плавное переключение передач во время движения автомобиля.

Одной из самых востребованных моделей вариаторов является Xtronic CVT. Однако прежде, чем говорить о нем, следует разобраться с особенностями конструкции и принципом работы всех вариаторов.

ВНИМАНИЕ! Найден совершенно простой способ сократить расход топлива! Не верите? Автомеханик с 15-летним стажем тоже не верил, пока не попробовал. А теперь он экономит на бензине 35 000 рублей в год! Читать дальше»

КПП CVT

Разберем виды бесступенчатых автоматических трансмиссий и чем они отличаются.

Клиноременный

Этот тип коробок передач считается самым распространенным. Трансмиссия оснащается ведомым либо клиновидным ремешком и валом. Работа клиноременного вариатора зависит исключительно от количества оборотов двигателя машины. Во время эксплуатации коробка передач не откликается на нагрузки. Если транспортное средство движется в гору, возрастает нагрузка задних колес, но передаточное число при этом не меняется.

Ремни клиноременных вариаторов считаются клиновидными, поскольку они имеют трапециевидную форму и устанавливаются в специальный вал боковыми частями. Когда боковины изнашиваются, ремешок еще глубже вклинивается в вал, таким образом обеспечивая надежное сцепление между деталями.

Передаточное число в трансмиссиях клиноременного типа изменяется в соответствии с оборотами ведомого и ведущего валов. Ведущий вал под воздействием коленвала сжимается, выталкивая ремешок подальше от центра, что приводит к разжиманию ведомого вала. Передаточное число поступает на заднее колесо.

Основное отличие между ведомым и ведущим валом заключается в присутствии пружинного элемента на втором. Клиноременные трансмиссии оснащаются специальными устройствами, предназначенными для контроля изменения направления вращения шкивов при активации задней скорости.

Тороидальный

Основное различие тороидальных вариаторов заключается в использовании специальных колес и роликов в конструкции вместо валов и ремешков. По устройству эта разновидность имеет отличия от клиноременной КПП, однако принцип действия коробки передач будет практически идентичным. Все конструктивные компоненты выполняют аналогичные функции, которые приводят к одному результату — изменению трансмиссии.

Один вал тороидальной коробки передач совмещается с силовым агрегатом, а другой с диском кардана. Между этими шкивами располагаются специальные колеса и ролики, которые осуществляют передачу мощности друг другу. Колесики вращаются вокруг двух шкивов — вертикального и горизонтального. Это приводит к тому, что они соприкасаются с валами в разных областях.

В результате воздействия рядом с центральной частью ведущего шкива происходит контакт в районе обода этого диска с ведомым элементом. Такое соприкосновение приводит к увеличению крутящего момента и понижению скорости. Этот процесс называется специалистам овердрайвом или повышенной передачей.

Гидростатический

Описанные вариаторные трансмиссии функционируют посредством радиуса точек, контактирующих между двумя вращающимися валами. Но принцип действия гидростатической коробки передач другой, он заключается в использовании насосных устройств переменного объема. Благодаря этому узлу обеспечивается движение.

Преимущества и недостатки

Основные плюсы вариаторных трансмиссий:

  • экономия горючего по сравнению с классическими автоматами;
  • отсутствие толчков во время разгона или торможения благодаря плавному изменению передаточного числа;
  • хорошая динамика транспортного средства во время движения, а точнее, на длинном участке дороги;
  • колеса автомобилей с вариаторными коробками передач сложно сорвать в букс, поэтому такие модели машин более безопасны при движении по гололеду;
  • двигатель транспортного средства работает в условиях пониженных нагрузок, что способствует увеличению его ресурса эксплуатации.
  • автомобили с вариаторами проигрывают старт машинам, оснащенным другими разновидностями коробок передач;
  • трансмиссии CVT более чувствительны к повышенному крутящему моменту, поэтому при эксплуатации авто в сложных условиях на агрегат действует высокая нагрузка;
  • дороговизна обслуживания и ремонта;
  • если используется агрессивный стиль езды, то ресурс эксплуатации у ремешка будет боле низким;
  • необходимость применения качественных и дорогих масел для обслуживания;
  • конструктивные особенности вариаторных коробок передач не позволяют использовать спортивные приемы вождения.

Отзывы об CVT и CVT XTRONIC

В целом, владельцы автомобилей с вариатором CVT и CVT Xtronic оставляют отзывы имеющие одинаковый характер. По мнению пользователей, наблюдаются схожие как недостатки, так и положительные качества у обоих типов трансмиссий.

Положительные Отрицательные
Трансмиссия – класс. Переключает всегда вовремя и к месту При пробеге 30000 км, селектор вариатора отказался переключаться из положения «P» в любое другое
Вариатор – это то, чего мне всегда не хватало. С ним просто забываешь, что у автомобиля вообще есть коробка передач CVT скрадывает динамику — разгон как на троллейбусе
CVT приятно удивил — плавный разгон, никаких рывков и переключений Вариатор странно хрюкает. Может еще обкатка, а может просто кажется. Проездил мало, пока рано судить
Коробку передач слышно, но по-доброму, но все плавно, абсолютно не вызывает дискомфорта Была проблема, после 3–5 км. При старте с места машина разгоняется с натяжкой, при езде накатом со скорости 40 и меньше машинка начинает притормаживать, а после 20 км в час торможение пропадает и автомобиль едет легко
Стиль вождения смешанный, так как по настроению и в пробках. Каждый день езжу по Симферопольскому шоссе со скоростью 130-160 км в час., но все равно пытаюсь машину не рвать. Нареканий по работе никаких нет, я доволен! Разгон довольно плавный
Варик мне понравился, приятно разгоняется, на мой взгляд, даже лучше автомата
Сейчас вариатор как родной — все проблемы надуманы

Особенности конструкции

Данный вариатор отличается от других известных устройств тем, что его передаточное число, как уже было отмечено ранее, плавно, а конструкция исключает использование элементов сцепления, или другими словами – ступеней.

Существует два типа вариаторов CVT:

  • Тороидальный. Обычно используется в автомобилях с полным или задним приводами. У такой коробки имеется два диска, один из которых ведущий, а второй – ведомый.

  • Клиноременной. Более распространенная модель вариаторов, которая устанавливается на переднеприводные автомобили. Конструкция такого вариатора включает в себя конические диски и ремень.

Принцип работы

Принцип работы заключается в передаче крутящего момента, поступающего от двигателя на первичный вал. Затем момент передается на ремень, а потом – на ведущий и ведомый шкивы, связанные со вторичным валом. Эти действия позволяют автомобилю двигаться вперед.

Особенности

Благодаря столь надежной и удобной конструкции удается обеспечить хорошую динамику разгона транспортного средства и избежать резких рывков или толчков во время движения. Также среди особенностей использования вариатора можно отметить:

  • плавное переключение передач;
  • экономию топлива;
  • отсутствие разрывов потока мощности.

Именно поэтому подобный агрегат считается достаточно востребованным среди многих автолюбителей. В таблице представлены наиболее популярные вариаторы, а также их стоимость.

Вариатор Стоимость, в рублях
Вариатор (CVT) Nissan X-Trail (T32) 2013- Nissan X-Trail (T32) 2013- 70000
Вариатор (CVT) Nissan Qashqai (J11) 2013- Nissan Qashqai (J11) 65000
Вариатор Nissan Dualis, Qashqai, X-Trail 30000

В среднем цена вариаторов составляет от 25 тыс. рублей до 80 тыс. рублей. Также при необходимости потенциальный покупатель может приобрести отдельные элементы конструкции агрегата в случае замены или ремонта.

Выводы

Разница между обычными вариаторами и коробками передач Xtronic заключается в конструктивных отличиях. Благодаря модернизации устройства был увеличен срок службы трансмиссий. Отзывы о ненадежности агрегатов часто оставляют автовладельцы, несоблюдающие правила использования коробок передач. Перед покупкой автомобиля с вариатором нужно задуматься над тем, какой предпочитается стиль езды. Если агрессивный или спортивный, то от приобретения машины с CVT лучше отказаться, поскольку такое вождение быстро «убьет» трансмиссию.