Как работает вариатор

Как работает вариатор

Бесступенчатая коробка передач часто используется на современных автомобилях. Наличие ступеней обязательно сопряжено с переходными состояниями, вызывающими сбои в работе. Производители постоянно борются с их проявлением, повышая эффективность и коэффициент полезного действия при смене передаточного отношения. Упрощение процесса вождения непременно сопряжено с использованием бесступенчатых коробок передач. Практически все автомобили имеют приставку CVT в случае наличия подобной опции. Аббревиатура расшифровывается и переводится с английского языка как «Continuously Variable Transmission», что означает «беспрерывная смена передач». Количество кинематических элементов узла невелико, поэтому разобраться в его работе несложно.

Основные детали, их назначение и принципиальная схема

Рассмотрим принципиальную схему устройства вариатора. Для каждой модели автомобиля или любой другой техники инженеры разрабатывают частный случай, имеющий незначительные конструктивные особенности. В общем виде всё выглядит так:

Рассмотрим особенности работы вариатора на автомобиле каждой части, её роль и особенности устройства:

1. Раздвижной шкив. Это два усеченных конуса с прямыми или тороидными вогнутыми поверхностями, надетых на одну ось. На валу один из них закреплён неподвижно, а второй имеет небольшой ход. В итоге неподвижный элемент является ведущим, а подвижный – ведомым.
2. Клиновидный ремень. Его тело образовано парой стальных лент, на которые нанизываются специальные пластины. Зацепление образуется в пазах, а рабочую часть каждой пластины составляет конусовидная законцовка. Вместо ремня может использоваться сложносоставная цепь особой формы.
3. Гидравлический трансформатор. Это автономный узел, позволяющий плавно регулировать изменение крутящего момента посредством гидравлического усилия. Его устройство достаточно сложное.
4. Дифференциал представляет собой шестерню с косыми зубьями, обеспечивающую передачу крутящего момента на ведущую пару колёс автомобиля. Его характеризует особая износоустойчивость рабочих поверхностей.
5. Планетарный механизм обеспечивает передачу вращения на ведущую ось в различных направлениях. В отличие от классической схемы, он содержит два ряда сателлитов цилиндрической вытянутой формы, что снижает нагрузку на зубья.
6. Гидронасос. Эта часть приводится в рабочее состояние при помощи гидравлического трансформатора, что обеспечивает постоянное поддержание давления функциональной жидкости. Благодаря этой связке постоянно находятся в работе гидроцилиндры.
7. Управление осуществляется микропроцессором, посылающим сигналы на основании обработки данных от различных систем и датчиков. В частности, играют роль ABS и электронный контроль расхода топлива.

Принцип работы

Как известно, для изменения передаточных отношений классических редукторов необходимо подключать к ведущей шестерне различные комбинации зубчатых элементов, с целью понизить или повысить скорость вращения. В вариаторе всё решается посредством раздвижных шкивов. Если половинки этого элемента сдвигаются навстречу друг другу, то они выдавливают ремень выше, и он зацепляется на больший диаметр. А на другом шкиве автоматически происходит расхождение конусообразных половинок. Ремень проваливается вниз и зацепляется на меньший диаметр. Таким образом, количество передаточных отношений коробки CVT можно считать бесконечным.

Как работает задний ход

1. Примечательно то, что скорость заднего и переднего хода на этом типе трансмиссии одинакова. Но в первом случае она ограничивается электроникой во избежание аварийных ситуаций.
2. Он обеспечивается посредством планетарного механизма с двойным рядом сателлитов:
3. Смена подвижного ряда сателлитов и фиксация второго ряда, обеспечивает смены направления хода. При этом направление вращения водила не изменяется, но меняется направление вращения корончатой шестерни. Как работает вариаторная коробка передач по видео смотрите ниже.

Применение вариаторов

Благодаря компактным размерам этот тип коробки передач может использоваться на автомобиле, скутере, снегоходе, мопеде и др. Устройства с электромагнитным приводом могут использоваться для небольших моделей техники и детских игрушек, где они успешно применяются. При слабом крутящем моменте клиновой ремень изготавливают из плотной армированной резины. При проектировании новых поколений автомобильных вариаторов инженеры решают задачи износостойкости, рабочего ресурса, понижения уровня шума и увеличения КПД.

В принципиальной схеме, устройства вариаторов для различных разновидностей транспорта не различаются. Частные решения для каждого из них должна рассматриваться в рамках инструкции по эксплуатации от производителей.

Понравилась статья? Обязательно поделись с друзьями.

Что такое вариатор (CVT) в автомобиле и как он работает

Разница в диапазонах угловых скоростей двигателя и колёс автомобиля во все времена была и остаётся предметом исследований и инженерных решений для устройств, имя которым – трансмиссия. Развитие удобных в управлении автоматических бесступенчатых трансмиссий автомобиля и привело в последние годы к практическому использованию вариатора.

Принцип работы вариатора известен давно и в таких машинах, как скутеры или снегоходы эти устройства используются уже много лет. Почему же в автомобилях вариаторы стали применяться сравнительно недавно? Насколько они надёжны и долговечны? Требуют ли вариаторы каких-то особенных приёмов при вождении автомобиля? В чём достоинства и недостатки трансмиссии с вариатором?

Для ответов на эти вопросы имеет смысл ознакомиться с принципом работы вариатора и основами конструктивных решений устройства, основными видами автомобильных вариатор, а также статистикой о надёжности и долговечности этих устройств.

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 центру («шестерёнка» 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.

Чем отличается вариатор от автомата в эксплуатации

В отличие от трансмиссий с механической и автоматической коробками передач в вариаторе реализован принцип бесступенчатой трансмиссии (CVT – общепринятая аббревиатура названия таких устройств). Двигатель автомобиля в CVT связан с колесами (движителями) абсолютно плавным изменением соотношения количества оборотов.

С одной стороны, это делает поездку на автомобиле чрезвычайно комфортной – нет необходимости переключать передачи как в механической коробке передач и полностью отсутствуют рывки и подергивания как в автомобиле с автоматической трансмиссией. С другой стороны, несмотря на внешне одинаковые с автоматической коробкой передач органы управления и режимы движения, из-за принципиального различия в конструкциях вариатор имеет свои особенности эксплуатации.

Прежде всего, это касается режима разгона: для водителя, впервые севшего за руль автомобиля с вариатором абсолютно непривычен режим разгона на постоянных оборотах двигателя. Для устранения этого эффекта в автомобилях с CVT возможна эмуляция (имитация электроникой на программном уровне) ручных режимов управления машиной с резким изменением количества оборотов (соответственно изменением привычного большинству автолюбителей звука двигателя). Только здесь надо понимать, что та же электроника не позволит «загнать» обороты двигателя в красный сектор тахометра.

Вообще же, вариатор хорош для любителей плавной и спокойной езды.

Детали вариатора весьма чувствительны к смазке и немедленное после запуска двигателя движение (особенно зимой) крайне нежелательно: масло не успевает поступить к трущимся деталям и, как следствие, повышенный износ и дорогостоящий ремонт. То же относится к любителям «рывка» на светофоре после установки селектора в нейтральное положение.

Наличие достаточного количества смазки в местах трения вариатора важно еще и потому, что эта специфическая смазка предотвращает проскальзывание приводного ремня или цепи (в этом проявляется уникальность свойств масла для вариаторов). Своевременная (как правило, после 60 тыс. км.) замена масла с маркировкой CVT – обязательное условие нормальной эксплуатации вариатора.

Ещё владельцам автомобилей, оснащенных вариатором, необходимо особенно тщательно следить за соблюденем правил езды с прицепом и буксировки. В связи с ограничением по мощности (хотя последние разработки вариаторов ставятся на автомобили с мощностью двигателя более 200 л.с.) езда с прицепом для большинства автомобилей с CVT нежелательна. На буксировку машин с вариатором также накладывается ограничение: масло в вариаторе должно находиться под давлением иначе возможен только вариант буксировки с частичным погружением передних колёс.

Наиболее распространённое проявление неисправности вариатора – лёгкие подергивания при переводе селектора в положение «Движение». Проявление такого признака свидетельствует о скором ремонте.

Вообще же ресурс вариатора ограничен даже при аккуратной эксплуатации и спокойной манере езды пробегом в 120 – 150 тыс. км. Это обстоятельство необходимо учитывать при приобретении машины с CVT вторичном рынке.

Плюсы и минусы «коробки» вариатор

Сам принцип работы вариатора определяет преимущества автомобилей с CVT:

• исключительная плавность разгона, недостижимая никакими другими видами ступенчатых трансмиссий (в том числе в самых современных разработках автоматических коробок передач);
• топливная экономичность: в CVT отсутствуют потери на переключение передач, и, значит, мощность двигателя используется с максимальной эффективностью в смысле потребления топлива. Правда на практике оказывается, что экономию топлива в автомобилях с вариатором по сравнению с машинами, оборудованными современными АКПП ощутить затруднительно;
• более быстрый разгон – по времени разгона вариаторы особого преимущества не дают, но в сочетании с плавностью набора скорости создают яркие впечатления от процесса ускорения.

• ограниченный ресурс устройства – в несколько раз меньший, чем у автомобилей с механической коробкой передач;
• низкий уровень ремонтопригодности: отремонтировать вариатор можно далеко не везде, так как настоящих специалистов по CVT сравнительно немного. К тому же запасные части к вариаторам (в особенности привод) стоят дорого;
• не дешёвое техническое обслуживание – замена масла (а это 5-6 литров специального масла) каждые 60 тыс. км пробега и приводного ремня (100 тыс.км).

Видео: стоит ли покупать машину с коробкой-вариатором

Что такое вариатор и как он работает?

Наиболее распространенным типом вариатора на сегодняшний день является клиноременный. В основе конструкции такого вариатора лежит ременная передача, состоящая из двух шкивов конусообразной формы и клиновидного ремня, натянутого между ними. Передача крутящего момента от ведущего шкива к ведомому происходит при помощи специального ремня, то есть за счет сил трения, возникающих в пятне контакта ремня и шкивов. Пятно контакта представляет собой окружность, имеющую свой эффективный диаметр.

Изменение эффективного диаметра

Читайте также: Обзор автомобиля Kia Spectra

Таким образом, если мы будем изменять эффективный диаметр на входном и выходном шкивах, то будет меняться и передаточное отношение, а следовательно, и скорость движения автомобиля. Если диаметр ведомого шкива больше ведущего, то передача будет понижающая, если меньше — то повышающая. Если диаметры входа и выхода равны, то передача прямая. Изменение эффективного диаметра контакта происходит за счет изменения расстояния между конусами шкивов: одна часть шкива закреплена неподвижно, а вторая имеет возможность осевого перемещения.

Перемещение происходит за счет давления рабочей жидкости. Причем гидравлическое управление реализовано, как правило, только на ведущем шкиве, ведомый же изменяет свой диаметр за счет натяжения ремня и возвратной пружины. Таким образом, незначительно изменяя давления рабочей жидкости, можно изменять положение шкивов и эффективный диаметр контакта ремня, тем самым в достаточно широком диапазоне изменяя передаточное отношение в трансмиссии. И, что немаловажно, делать это бесступенчато и плавно. Именно в принципе работы вариатора заключаются все его основные преимущества и недостатки.

Рекомендуем: Пробило прокладку ГБЦ: симптомы

Тороидный вариатор

Состоит из двух противоположно направленных конусовидных дисков (ведущий и ведомый), соединенных роликами. Последние, синхронно перемещаясь по изгибу дисков, изменяют передаточное отношение. При контакте роликов с ведущим диском по наибольшему радиусу, а с ведомым — по наименьшему, выполняется режим повышающей передачи. Для понижения передачи ролики смещаются в сторону ведомого вала. При центральном положении происходит прямая передача.

История вариатора

Автомобиль, скорость которого зависела бы исключительно от скорости вращения двигателя, был бы крайне неудобен в эксплуатации. Представьте, что в машине имеется только одна передача, например, первая или третья. В одном случае вы бы смогли ехать довольно быстро, но автомобиль бы долго разгонялся и медленно ехал в гору. В другом все было бы с точностью до наоборот – легкий старт, но крайне медленная скорость движения. Из-за таких трудностей и была разработана первая механическая трансмиссия.

Время шло, и каждый автопроизводитель пытался упростить управление машиной (всем прекрасно известно, какие трудности у некоторых водителей вызывает МКПП). В ходе таких изысканий и была разработана сначала автоматическая коробка, затем робот, ну и, наконец, вариатор, имеющий бесконечное число передач.

Что такое вариатор?

Если робот, по сути, является той же самой механикой с той лишь разницей, что выжиманием сцепления и переключением передач занимается электроника, то коробка CVT (она же вариатор) кардинально отличается от своих собратьев.

Основная особенность CVT в том, что она подстраивается под требуемые условия и непрерывно вычисляет нужное передаточное число. Таким образом, в автомобиле с установленным вариатором имеется бесконечное количество передач. Такая особенность позволяет значительно экономить топливо и оптимизировать энергозатраты.

Бесступенчатые трансмиссии бывают двух видов:

• Клиноременные (устанавливаются на 90% машин с таким типом коробки);
• Тороидальные.

Вариатор в мировом автомобилестроении

В мировой практике вариаторы все чаще устанавливаются на современные автомобили. Очень популярен CVT в японском и немецком автомобилестроении.

Многие производители, разрабатывая новые модели бесступенчатых КПП, позиционируют их на рынке под собственными названиями, но сущность механизма, в целом, остается неизменной. Наиболее популярны следующие модели:

• Для японских автомобилей — Multimatic (Honda), Multidrive (Toyota), Lineartronic (Subaru), Xtronic (Nissan);
• Для немецких моделей — Multitronic (Audi), Autotronic (Mercedes-Benz);
• В США вариаторы известны, как Durashift CVT или Ecotronic (Ford).

Отечественные автолюбители относятся к CVT довольно скептически. Это обусловлено рядом недостатков:

Читайте также: Инжекторный двигатель дымит черным дымом причины

• Передача крутящего момента в вариаторе происходит за счет силы трения, а потому их не используют в автомобилях с мощными двигателями;
• Высокая стоимость обслуживания — дорогостоящее масло и фильтр;
• Плохая ремонтопригодность;
• Буксировать автомобиль, на котором установлен вариатор CVT, можно только на эвакуаторе, либо с помощью частичной погрузки ведущей оси.

Вместе с тем неоспоримы и преимущества вариатора:

• Плавность движения;
• Хорошая динамика разгона;
• Экономичный расход топлива;
• Простота конструкции;
• Низкий вес;
• Относительно невысокая стоимость.

Автомобили, на которых установлен вариатор CVT, в большей степени предназначены для передвижения по городу, где механизм полностью раскрывает свои плюсы, обеспечивая максимальный комфорт. Они стали хорошей альтернативой гидромеханической АКПП, хотя срок службы вариатора чуть ниже и редко превышает 150 000 км.

Рекомендуем: Магнитола не читает флешку – причина неисправности, методы ее устранения

(3 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

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.

Устройство вариаторной коробки передач

Конструктивно вариатор состоит из следующих компонентов:

Читайте также: Skoda Karoq в городе и на трассе превзошел ожидания автомобилистов. Но почему новый Hyundai Creta все еще популярнее?

• механизм, выполняющий роль сцепления. Позволяет передавать крутящий момент, а при необходимости рассоединять КПП от силового агрегата;
• вариаторная передача;
• планетарный редуктор с пакетом фрикционов, позволяющий двигаться автомобилю задним ходом;
• электронная система управления.

Существует большое количество вариаторных передач, но на автомобилях наибольшее распространение получили клиноременные вариаторы. Механизм состоит из ремня, выходного и выходного шкивов, а также механизмов, изменяющих диаметр шкивов в рабочей зоне ремня.
Первые варианты вариаторов оснащались резиновым ремнем, но такая конструкция крайне ненадежная. В устройстве современных агрегатов применяется либо гибкий металлический ремень, либо цепь. В клиноременном вариаторе крутящий момент передается за счет пары трения боковая часть ремня — рабочая поверхность шкивов. Цепь же контактирует с конусной поверхностью шкивов торцевой частью.

Преимущество клиноцепного вариатора в гибкости (имеет меньший радиус изгиба) и меньших механических потерях на трение. Цепь работает за счет точечного контакта с поверхностью конусов, поэтому в местах соприкосновения очень высокая механическая нагрузка. Для повышения износостойкости конусы шкивов изготавливаются из высокопрочных сплавов стали.

Принцип работы

Почему вариаторные коробки передач называют бесступенчатыми? Лишь потому, что изменение передаточных чисел между выходным и ведущим шкивами происходит настолько плавно, что заметить отчетливую границу перехода невозможно.

Чтобы добиться прямой передачи, при которой скорость вращение входного и выходного шкивов будет одинаковой, нам нужно уравнять диаметры обеих шкивов. Если мы увеличим диаметр ведомого шкива, а d ведущего оставим прежним, то получим понижающую передачу. Ведомый вал вращается медленней ведущего, за счет чего увеличивается крутящий момент. Именно в режиме понижающей передачи автомобиль с вариатором трогается с места. Для увеличения скорости движения машины происходит обратное изменение диаметров шкивов. Именно на этом и построен принцип работы вариатора (Continuously Variable Transmission).

Механизм сцепления

В процессе развития устройства вариатора производителями использовались разные виды механизмов, среди которых:

• автоматическое сцепление центробежного типа (распространено на скутерах, мотоциклах);
• электронно управляемый электромагнитный механизм;
• многодисковая муфта. Имеет принцип работы аналогичной тому, что используется для блокировки отдельных рядов планетарной передачи АКПП гидротрансформаторного типа.

• Также работа многодискового мокрого сцепления используется для блокировки дифференциалов, интеллектуального подключения полного привода. По такому же принципу работает «мокрое» сцепление на DSG;
• гидротрансформатор. Надеемся, вы знакомы с устройством и принципом работы автоматической коробки передач гидротрансформаторного вида, поэтому конструкцию рассматривать не станем.

Использование гидротрансформатора позволяет значительно снизить нагрузку на вариатор в момент старта с места. Проскальзывание до момента блокировки гидротрансформатора увеличивает ресурс рабочей поверхности конусов, уменьшает растягивание ремня/цепи. Именно это решение впервые позволило автомобилю с вариатором относительно безболезненно переносить поездки по бездорожью.

Стоит помнить, что вариатор в безопасности лишь до момента блокировки гидротрансформатора. Если на вашем автомобиле он блокируется после 10 км/час, то буксовать в снегу, грязи без риска уменьшить ресурс вариаторной КПП можно лишь до превышения этого порога

Задняя передача

Ведущий и ведомый валы в вариаторе вращаются строго в направлении вращения коленчатого вала двигателя. Поэтому единственный рациональный способ реализации задней передачи – планетарный редуктор. Когда коренная и солнечная шестерни заблокированы, входной вал вращается в одном направлении с входным шкивом, который соединен с водилом.

Если заблокировать только коренную шестерню, водило, а вместе с ним и входной шкив, будет вращаться в обратную сторону. Для наглядного представления об устройстве и работе планетарного редуктора в вариаторе предлагаем посмотреть видео.

Система управления

Принцип работы вариатора в режиме реверсной передачи возможен благодаря использованию 2-х пакетов фрикционов. Один из них при необходимости блокирует между собой коренную и солнечную шестерни (движение вперед), а второй – корпус вариатора и коронную шестерню (задняя передача). Стальные и фрикционные диски сжимаются давлением масла, которое накачивается в систему маслонасосом и подается к соответствующим каналам через гидроблок (мехатроник).

Также давление масла используется для смещения подвижной части шкива, что позволяет регулировать его диаметр. Для правильной работы коробки передач CVT крайне важно, чтобы изменение диаметров происходило максимально синхронно. Поэтому конструкторы уделяют большое внимание производительности маслонасоса вариаторных КПП.

Перенаправление потока масла к соответствующим каналам осуществляется соленоидами, которые по команде электронного блока управления вариатором открываются либо закрываются. Для управления работой коробкой передач ЭБУ использует данные с датчиков скорости, ДМРВ, датчика открытия дроссельной заслонки, ДТОЖ.

Что такое тороидальный вариатор?

Работа тороидальной коробки передач вариатора производится за счет роликов зажатых меж валами. Такие колесики имеют тороидальную форму (собственно, поэтому КПП так и называется).

Устройство тороидального вариатора

Изменение передаточного числа осуществляется за счет увеличения и уменьшения контактных поверхностей между валами и роликами. При максимальной тяге зажимы обращены в сторону ведомого вала, что увеличивает трение и, соответственно, снижает количество оборотов. Если нужна скорость – ролики отводятся в другую сторону.

Плюсы этого типа – более высокая надежность и износостойкость.

Клиноременный вариатор

Клиноременный вариатор
как тип трансмиссии известен давно. Его главные детали — два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапецеидальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, словно попавший между ними клин (отсюда и название «клиноременный»), наружу — радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение. А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу — передаточное отношение уменьшится. Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Как вы поняли сверху — здесь нет передач, а изменение передаточного числа (повышение или понижение) идет плавно, на «заданные значения». Поэтому-то здесь нет толчков при трогании и «переключении». И не зря мы написали это слово в кавычках: переключений как таковых тут и нет. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля. Конечно, здесь есть программная составляющая, которая позволяет создавать «ступени», но они сделаны программно, для ручного управления, например по грязи или снегу (когда нужна максимальная тяга и не важна скорость). А сама коробка бесступенчатая – что позволяет передавать усилия от силового агрегата колесам более точно.

Читайте также: Отзывы о Toyota Harrier 2000 кроссовер/Тойота

Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи. Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии, правда, появился не в эпоху Возрождения, а попозже — лет через пятьсот, в 1950-х годах. Вариатор ставился серийно на автомобили DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовики, но и легковушки). Потом нечто похожее начали делать и на Volvo, но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.

Принцип работы вариатора

Кстати, интересный вопрос — какой тут используется ремень? Разумеется, простой ремень из резины и ткани, наподобие тех, что вращают генераторы и прочее навесное оборудование, здесь не прожил бы и тысячи километров. Ремни в клиноремённых вариаторах имеют сложное устройство.

Как видно, никакой это вовсе не ремень, а наборная металлическая лента

Это может быть стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапецевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной — обретает жёсткость. А ещё в качестве клинового ремня может выступать широкая пластинчатая стальная цепь, соприкасающаяся с конусами своими краями. Именно такой «ремень» работает в вариаторах машин Audi.

Вот такая цепь используется в вариаторах фирмы Audi

Интересно, что для смазки цепи применяется особая жидкость, которая меняет своё фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом. Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие, практически не проскальзывая, несмотря на очень маленькую площадь контакта.

Несколько слов о масле и фильтрах

Большинство производителей заверяет, что масло в коробку передач вариатора заливается навсегда. Однако этот факт в корне неверен. Наши дороги и погодные условия (снег, дождь, сильные морозы, плохие дороги и пробки) создают повышенную нагрузку на устройство, поэтому фильтры и масло рекомендуется менять каждые 40000 километров пробега.

Если этого не сделать, то на элементах конструкции начнут скапливаться масляные отложения, а фильтр забьется различным мусором. В результате упадет давление в насосе, что приведет к появлению толчков и рывков во время движения, а в особо тяжелых случаях вариатор просто перестанет работать.

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 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.

Какие ремни используются в клиноременных вариаторах?

Несколько слов скажем и о ремнях. Безусловно, обычные резиновые ремни, устанавливающиеся на привод генератора, применять нельзя. Они рассчитаны на более низкую нагрузку и будут быстро изнашиваться.

В качестве ремня выступает стальная лента со специальным покрытием, либо несколько этих лент со сложным сечением и нанизанными пластинами.

Такие свойства позволяют передавать толкающее усилие не только частью, которая обращена к ведущему валу (в противном случае такой ремень просто сложился бы).

В некоторых автомобилях применяется стальная цепь, смазывающаяся специальной жидкостью для уменьшения эффекта скольжения. Такая конструкция способна передавать большее усилие и рассчитана на высокие нагрузки, однако и стоимость ее немного выше.

Чем отличается управление машиной с коробкой CVT от прочих?

Если робот (роботизированная трансмиссия) оборудована джойстиком, который и отвечает за включение нужных режимов, то вариатор ничем не отличается от обычной коробки-автомат, к которой мы все привыкли. Тем не менее, одна особенность все же существует. В некоторых автомобилях вариатору можно дополнительно задать режим, при котором не будет изменяться передаточное число (в этом случае устройство превратиться в обычную АКПП). Для некоторых водителей, которые в силу стереотипов не могут грамотно оценивать параметры при разгоне машины, такой вариант предпочтительнее. Дело в том, что при набирании скорости автомобилем с установленной автоматической коробкой двигатель увеличивает обороты постепенно. При работе вариатора силовой агрегат сразу набирает нужную скорость вращения, а далее изменяется только передаточное число. В результате этого мотор звучит чуть громче обычного, а водителю из-за одинакового количества оборотов ДВС трудно проследить динамику.

Как едет машина с вариатором

Как именно вариатор будет менять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. Если при разгоне на обычном автомобиле мы на каждой передаче раскручиваем двигатель, затем переходим на следующую передачу и так далее, то при наборе скорости автомобиля с вариатором мотор остаётся на одних и тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), зато плавно меняется передаточное отношение. Это создаёт несколько странные ощущения. Жмём газ в пол, мотор выходит на большие обороты, да так и остаётся на них в течение всего разгона, воя как пылесос. Зато темп разгона — высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится. Впрочем, в некоторых случаях вариатор настраивают так, чтобы разгон с ним больше напоминал увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным ростом оборотов мотора. Разумеется, при попытке заехать на холм и при замедлении авто, несмотря на нажатие педали газа, умный вариатор не оставит «включённой» высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно — чтобы увеличить крутящий момент на выходе из коробки. А ещё на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), задаваемыми электроникой. Передачами, между которыми вариатор будет резко перескакивать, словно классическая коробка «автомат». Ещё в этом случае можно переключать «передачи» по собственному желанию. Как на «автомате» с ручным секвентальным (последовательным) режимом.

Плюсы и минусы вариатора

Сравнивать CVT мы будем с автоматической коробкой, поскольку робот, как было сказано выше, является механикой, а другие типы трансмиссии не так популярны.

Основные плюсы CVT:

• Отсутствие толчков и рывков во время движения.
• Двигатель работает с плавным изменением мощности в зависимости от ситуации.
• Фактически бесконечное число передач, что позволяет оптимально расходовать топливо.
• Низкий уровень шума при работе.
• Высокая управляемость и отклик.
• Грамотная оптимизация всех ходовых систем машины.

Теперь о недостатках. Самым главным из них является высокая стоимость ремонта, поскольку конструкция устройства состоит из множества дорогих элементов. Нельзя не сказать и о том, что в нашей стране очень мало сервисных центров, берущихся за такую работу.

Кроме того, в вариатор следует периодически заливать около десяти литров специального масла, необходимого для правильной работы трансмиссии. Такая жидкость стоит достаточно дорого и продается либо в представительствах компании, либо в специализированных салонах. Сами понимаете, что такие салоны есть далеко не в каждом городе. В некоторых случаях для сокращения затрат на ремонт и обслуживание, лучшим выбором будет приобрести контрактный вариатор.

Источник http://variator-cvt.ru/variator/kak-rabotaet-variator

Источник https://unit-car.com/ustroystvo/275-chto-takoe-variator.html

Источник https://toyota-chr2.ru/ino-avto/ustrojstvo-variatornoj-korobki-peredach.html