Autokombi.ru

Авто-портал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое вариатор на машине

Как работает вариатор — принцип работы, устройство

Как работает вариатор

Автомобильная промышленность неуклонно развивается, постоянно предлагает новые инженерные решения. Ведущие компании в области производства автомобильного транспорта неуклонно ведут работу над разработкой принципиально новых агрегатов. Цель замены уже привычных и в некоторой степени конструктивно устарелых узлов предельно ясна – сделать машину более комфортной, облегчить вождение и улучшить качество поездок в целом. Так появилась вариаторная коробка передач или же просто вариатор.

Первый автомобиль с вариатором был произведен еще в 50-х годах прошлого столетия, но массовое распространение эта трансмиссия получила сравнительно недавно. Сегодня многие производители сделали акцент на производстве авто именно с вариатором, роботом или обычным автоматом. Хотя традиционная механика все еще хорошо сбывается, но число реализуемых автомобилей с МКПП постепенно снижается. В этой статье подробно расскажем, что такое вариатор, и каков его принцип работы.

Вариаторная коробка: что это такое?

В англоязычной среде этот вид трансмиссии именуется как CVT, что обозначает Continuously Variable Transmission. Если перевести расшифровку с английского на русский язык, то станет понятен главный принцип, на котором основана работа вариатора – бесступенчатая трансмиссия.

Отличия от автомата

Мы привыкли, что механика может включать шесть передач, а обычный гидротрансформаторный автомат на сегодняшний день от шести до восьми. В этом заключается главный недостаток ступенчатых коробок – число передач ограничено. Все дело в том, что двигателю постоянно приходится преодолевать нагрузку – силу инерции. Даже во время движения по абсолютно ровной дороге агрегат подвержен внешнему сопротивлению, и только достигая оптимального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он развивает скорость. С переходом на повышенную передачу водитель ощущает кратковременную потерю мощности и рывок автомобиля.

Отличие вариатора от классической АКПП — видео

В вариаторе бесчисленное количество передач. Передаточные числа изменяются плавно, благодаря чему водитель машины с CVT не ощущает рывков в момент перехода на повышенную скорость. В некотором смысле автомобиль с вариаторной коробкой напоминает электромобиль: он плавно начинает движение, постепенно набирает скорость, а сама трансмиссия работает практически бесшумно. За счет того, что в вариаторе нет ступеней, передача усилия от двигателя к колесам происходит более точно. В момент перехода на высокую скорость нет разрыва потока мощности. Управлять таким автомобилем сплошное удовольствие. Особенно популярны машины с CVT среди начинающих водителей. Бесступенчатая трансмиссия не реагирует на манеру вождения, поэтому ситуации, когда глохнет мотор в начале движения, полностью исключены. Когда водитель жмет педаль «в полик», авто с вариатором молниеносно ускоряется, что также многим нравится.

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.

В идео

Передаточное число поступает от ведущего шкива, связанного непосредственно с мотором, к ведомому шкиву, который получил связь с приводами и колесами. Каждый шкив состоит из пары конических дисков, которые в процессе работы коробки сдвигаются и раздвигаются. За счет увеличения или уменьшения диаметров шкивов происходит изменение числа. На практике работа вариатора выглядит так:

  1. В начале движения конусы ведущего шкива разводятся, а конусы ведомого сводятся, а двигатель нагружается по минимуму;
  2. С увеличением скорости происходит обратная ситуация: конусы ведущего вала постепенно сходятся, а ведомого – расходятся. В результате передаточное число меняется в меньшую сторону, что важно для снижения тягового усилия и увеличения оборотов на ведомом валу. Смещение шкивов происходит за счет пружины и центробежной силы, создаваемой гидравлическим приводом.

принцип работы вариатора

Как видим, принцип работы вариатора предельно прост, но крайне эффективен.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ Как правильно эксплуатировать вариатор? DSG — коробка робот от Volkswagen PowerShift — роботизированная коробка Ford

Основные механизмы вариатора (из чего состоит CVT?)

Бесступенчатая коробка включает гораздо большее число механизмов. Её работа невозможна без целого ряда узлов, которые обеспечивают полноценную работу трансмиссии. Например, вариатор не может самостоятельно обеспечить задний ход автомобиля. За это отвечает планетарный редуктор. Если бы не было сцепления, то крутящий момент сразу же поступал на колеса. Чтобы автомобиль начинал движение и ускорялся плавно, в конструкции CVT предусмотрено автоматическое сцепление. Оно может быть:

  • центробежным (CVT Transmatic);
  • многодисковым «мокрым» (CVT Multitronic);
  • электромагнитным (CVT Hyper);
  • гидротрансформаторным (CVT Xtronic, Autotronic, Multidrive).

Гидротрансформаторное сцепление встречается повсеместно, другие разновидности встречаются намного реже. Сцепление с гидротрансформатором максимально плавно передает момент, продлевая срок службы коробки передач. Также такое сцепление исключает проскальзывание на высоких оборотах, но может перегреваться, о чем подскажет мерцающий индикатор на приборной панели. Конечно, все устройства должны работать под управлением единого «мозгового» центра, которым в вариаторе выступает блок управления. К нему поступают сигналы от датчиков, считывающих данные самых разных систем.

Неисправный насос вариатора - проблема

Программная часть обрабатывает информацию и изменяет режим работы коробки передач. Водителю достаточно выбрать нужный режим – «спортивный», «экономичный». Некоторые модификации вариаторной коробки позволяют ступенчато в ручном режиме переключать передачи. Главной технической жидкость выступает трансмиссионное масло, которое поступает в нужные масляные каналы за счет работы гидроблока.

Гидроблок

Внутри корпуса можно найти фильтры (грубой и тонкой очистки), магниты, улавливающие металлическую стружку – продукт износа механических частей коробки.

  • Выбираем масло в вариатор (по марке)

В связи с тем, что CVT быстро перегревается, ему требуется отдельный радиатор. Это устройство охлаждает моторное масло и отводит лишнее тепло.

фильтр для вариатора

Главные достоинства и недостатки CVT

Прежде чем перейти к рассмотрению плюсов и минусов вариатора, также стоит несколько слов сказать о другой разновидности бесступенчатой коробки – тороидной. Как уже говорилось, на 95% японских, немецких, корейских и других авто ставят либо клиноременной, либо клиноцепной вариатор. Остальные 5% транспортных средств оснащены тороидным типом CVT. Он не получил должного распространения, так как по многих характеристикам уступает аналогу с ремнем/цепью. Итак, за что любят и недолюбливают вариаторную коробку? Причины следующие:

Читайте так же:
После запуска двигатель сразу глохнет: почему так происходит

Плюсы CVT

Минусы CVT

Высокий уровень комфорта: автомобиль с вариатором издает намного меньше шума в салоне, чем с МКПП или АКПП

Ремень или цепь из-за постоянных высоких нагрузок быстро изнашивается

Постоянная тяга, передача мощности в непрерывном потоке, незаметное для водителя переключение скоростей

Коробка передач требовательна к качеству и уровню моторного масла

КПД примерно на 5% выше, чем у автоматической коробки

Не ставится на мощные автомобили (известно всего несколько моделей)

Легкость управления, возможность ручного выбора режима работы вариаторной коробки

В случае поломки требует серьёзных материальных затрат

Автомобилем с вариатором удобнее управлять, чем машиной с механикой и даже автоматом

Недостаточно хорошо распространена сеть СТО (особенно в небольших городах), отсутствие необходимого количества мастеров, ремонтирующих вариатор на самом высоком уровне

Исключены рывки во время стремительного разгона или торможения, что можно наблюдать на авто с другими КПП

Дороже в обслуживании, чем автоматическая и тем более МКПП

Отсутствие высоких нагрузок на двигатель и коробку за счет постоянно имеющегося передаточного отношения положительно сказывается на уровне расхода топлива

Нуждается в регулярной чистке фильтров и магнитов особенно на авто с пробегом свыше 150 тыс. км

Бесступенчатая коробка не провоцирует буксировку колес на обледенелом участке трассы, следовательно, возрастает уровень безопасности

Вариатор боится буксировки, это значит, что автомобиль с CVT не предназначен для работы в экстремальных условиях. Можно сказать, что это коробка для исключительно городских машин

Каждый автовладелец может найти другие слабые и сильные стороны вариаторной коробки, основываясь на личных предпочтениях, собственном водительском стаже. Есть категория водителей, которая не переносит «молчаливость» силового агрегата. Двигатель в паре с CVT никак не реагирует ни на молниеносное ускорение, ни на планомерные переходы на высокие и низкие скорости.

Кто привык ездить на спортивных машинах с обычной МКПП, вряд ли сможет без характерного «рева» двигателя. Ощутить драйв за рулем машины с бесступенчатой коробкой не получится, отчасти по той причине, что вариатор не ставят на модели с действительно мощными моторами. Решение приобретать авто с CVT или сделать выбор в пользу механики зависит исключительно от желаний и потребностей.

Заключение

Разобраться с тем, как устроен и как работает вариатор крайне просто. Можно всего лишь один раз проехаться за рулем транспортного средства с бесступенчатой трансмиссией, чтобы на себе ощутить её достоинства. Отметим, что последние несколько лет активно идут работы над совершенством конструкции CVT.

Инженеры концерна Nissan совместно с коллегами из Jatco разработали собственный агрегат, которым сегодня комплектуют многие японские марки авто. Его рабочий диапазон увеличен на 20% в сравнении с обычным клиноременным вариатором. Автомобиль с КПП Jatco еще быстрее набирает скорость и тормозит. Внедренная технологичная система ASC постоянно подбирает лучшее передаточное число, максимально разгружая двигатель и продлевая срок службы трансмиссии. Стремление ведущих автокомпаний развивать и совершенствовать вариаторную коробку лишний раз подчеркивает, что автомобильное будущее за бесступенчатой трансмиссией.

Что такое коробка вариатор(cvt)

Вариатор — это бесступенчатая передача. Как и коробки передач DSG, вариаторы — это, проще говоря, автоматические коробки передач. Вы заводите автомобиль, удерживаете тормоз, вставляете его в «D», и вы можете вырваться и остановиться, не используя сцепление и не опасаясь остановки. Как и в случае с автомобилем, он меняет передаточное число, когда вы набираете скорость, чтобы двигатель работал на правильных оборотах.

Традиционные автоматические коробки передач имеют гидравлическое соединение между двигателем и шестернями. Крутящий момент (сила вращения двигателя) проходит через гидравлическое соединение, через шестерни к колесам. Как правило, эти коробки передач имеют от пяти до восьми фиксированных передач или передаточных чисел, которые распределяют мощность двигателя по диапазонам скоростей, на которых будет двигаться автомобиль. Это означает, что автомобиль может плавно съехать на первой передаче и не будет разрушаться на скоростях автомагистрали, используя более высокую скорость.

устройстрво коробки вариатора

CVT отличается тем, что вместо фиксированных передач он способен бесконечно (или непрерывно) изменять передаточное число между двигателем и колесами. Теоретически это означает, то что, когда водитель не требует такой большой мощности от двигателя, вариатор может позволить двигателю снизить обороты ниже, чем на «верхней передаче». Это также означает, что, когда водителю требуется мощность, двигатель продолжает вращаться с максимальной скоростью, и ускорение происходит за счет изменения коэффициента вариации.

Как работает вариатор — принцип работы вариатора

Вариаторная коробка передач — это тип автоматической коробки передач, где вместо зубчатых колес, какие можно найти в традиционной автоматике, вариатор зависит от настройки ремня и шкива, которая обеспечивает неограниченное количество передаточных чисел. По сути, коробка передач никогда не переключает передачи. Бесступенчатые трансмиссии могут также использоваться в мотоциклах, скутерах и даже снегоходах!

Устройство вариатора

Коробка вариатор или бесступенчатая коробка передач передачу. Вместо двух передач есть два шкива, соединенных ремнем. Двигатель вращает один шкив, а другой соединен с остальной передачей на колеса. Волшебство вариатора заключается в том, что размер шкивов может изменяться от маленьких до больших, а между ними бесконечные размеры.

Итак, изначально шкив двигателя будет маленьким, а другой — большим, как первая передача. Но когда автомобиль набирает скорость, шкив двигателя плавно уменьшается в размере, точно так же, как увеличивается и другой шкив. По сути, вы все время меняете передачу. Есть несколько различий в размерах шкивов, но фундаментальный принцип всегда один и тот же.

Для водителя это означает, что двигатель может перейти непосредственно к наилучшему диапазону оборотов для данной ситуации. Этот диапазон оборотов, как правило, либо обеспечивает наибольшую эффективность, большую мощность или максимальный крутящий момент. Оказавшись в своем “оптимальном ” диапазоне оборотов, двигатель просто держит свои обороты, и шестерни «меняются» при изменении относительных размеров двух шкивов. В результате получается более плавный, эффективный и быстрый привод, чем обычный автоматический. Однако есть и обратная сторона: потери энергии из-за трения выше при использовании вариатора — около 5-15%, тогда как при обычных передачах это не более 2-5%. Как всегда, развитие сокращает разрыв, и тот факт, что вариатор позволяет двигателю оставаться на своих оптимальных оборотах, больше компенсирует дополнительную потерю эффективности.

устройство вариатора

Как правильно пользоваться вариатором

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

Читайте так же:
Ремонт коробки передач ВАЗ 2110 своими силами

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

вариатор

Коробка вариатор плюсы и минусы

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

Плюсы вариатора

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

Минусы вариатора

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

Что лучше вариатор или автомат

Чтобы ответить на вопрос «вариатор или автомат» нужно понимать, для чего вы хотите автомобиль, и какой размер и тип двигателя вам нужен.

Если автомобиль часто используется в условиях интенсивного движения и является в первую очередь инструментом для передвижения, то с точки зрения удобства, меньшей уставаемости и общего комфорта лучше использовать автоматическую коробку передач. Также, лучше использовать автомат лучше, когда в машине установлен дизель.

Если автомобиль будет использоваться в основном для отдыха, имеет небольшой объем двигателя с высокой выходной мощностью или сам по себе небольшой и используется для получения удовольствия от вождения в условиях низкой интенсивности движения, то вариатор – лучший вариант.

Как правильно буксировать на вариаторе

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

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

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

буксирная тележка

История появления вариатора

Хотя в последние годы вариатор стал гораздо более популярным, эта идея была известна на протяжении многих веков. Первый эскиз вариатора был сделан Леонардо Да Винчи в 1490 году и был впервые запатентован Diamler и Benz в 1886 году. В 1910 году мотоциклы Zenit построили мотоцикл V2, который реализовал конструкцию CVT, продукт вышел успешным и востребованым на рынке. В конце 1980-х Subaru выпустила первый серийный автомобиль, в котором использовалась вариаторная трансмиссия. Он был запущен в Токио, и вскоре большая партия автомобилей прибыла в США, где также была тепло принята потребителями. Сегодня большинство производителей предлагают, по крайней мере, одну модель автомобиля, которая использует трансмиссию CVT.

Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках

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

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

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

Читайте так же:
Холостой ход и вибрация дизельного двигателя

Принципиальная конструкция

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

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

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

Старинный вариант

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

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

Варьируем материал ремня

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

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

002.jpg

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

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

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

nissan_micra_5-door_1.jpeg

На фото: Nissan Micra K11

Тянущий вариант и гидротрансформатор

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

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

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

Jatco_JF011E.jpg

На фото: вариатор Jatco jf011e

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

Вариации на тему

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

subaru_justy_5-door_6.jpeg

На фото: Subaru Justy

Вариант с цепью

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

Читайте так же:
Калильное число свечей зажигания: что это такое

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

GAZ_2daee44984fa44ccb528a98705143ebf.jpg

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

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

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

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

Вариации в форме тора

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

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

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

Variator_C.PNG

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

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

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

Nissan_CVT.jpg

На фото: вариатор Nissan Extroid

Варианты без трения

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

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

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

КПП вариатор в машине — что значит?

Для некоторых водителей семантика некоторых терминов, в частности, «вариатор», остаются неисследованной. Поэтому задаются вопросом, что это такое за вариатор на автомобиле.

При выборе автомобиля, покупатель сталкивается с вопросом, какую автомашину приобрести. Выбор делается между роботизированной, гидротрансформаторной или остановится на вариаторной трансмиссии. Что ж, поможем разобраться с вариаторной коробкой.

Схожие, но есть различия

Это коробка передач. Официально определяется как Continuously Variable Transmission. Сокращенный вариант CVT, то есть трансмиссия бесступенчатая.

Устройство, не имеющее массу различных по диаметру шестерней, но способная в автоматическом режиме изменять скорость автомобиля в зависимости от мощности крутящегося момента коленчатого вала двигателя.

Такой принцип работы позаимствован из корабельной практики, когда гребной винт судна ускоряется или замедляется при помощи специального приспособления.

Вариатор КПП

В автомобиле основной отличительный принцип работы вариатора заключается в том, что переключение скоростей не происходит, как обычной в КПП, а по иному алгоритму. Во время ускорения или замедления автомобиля не наблюдается толчков, дерганий, а все происходит плавно. Автомашина набирает скорость ровно. Коэффициент полезного действия больший, чем других аналогах и достигается исключительно своему технологическому устройству.

Принцип работы

На практике крутящий момент передается от коленвала на ходовые колеса автомобиля по специальной программе. Она создает свои ступени перехода с одной скорости на другую, например, двигаясь по бездорожью, по горным серпантинам и так далее. То есть в моменты, когда автомашина нуждается не в повышении скорости, а тяговой силе, мощности. В этот момент вариатор передает усилия двигателя ходовой части значительно точнее, чем обычная с шестеренками.

Читайте так же:
Датчик детонации ВАЗ 2114 и его особенности

Есть и применяются два типа вариаторов:

  • Первый назвали клиномерным. Используется почти на 95% автомашин.
  • Вариатор тороидный устанавливают не так часто из-за своего сложного технологического строения. В последнее время использование прекратилось.

Остался клиномерный тип. Оснащаются автомобили AUDI, NISSAN, INFINITY и другие модели.

Тороидный и клиномерный вариатор

Плавное переключение скоростей происходит незаметно, благодаря вариатору. Упрощено работу можно представить следующим способом на примере двух швейных шпуль, соединенным ременной передачей. Крутящийся момент от коленвала двигателя получает первая шпуля. На вторую нужной силы крутящийся момент передается при помощи специального ремня.

Смена передаваемого числа оборотов происходит за счет изменения диаметров шкивов. Последние разборные, а не цельнолитые. Разборные элементы имеют коническую форму. Точнее, из двух таких частей. Представим, швейную шпулю разрежем пополам. Получим два конуса. Что-то подобное и с вариаторной кпп. В результате получаем такой результат. В зависимости от скорости вращения коленчатого вала, происходит увеличение или уменьшение диаметра второй конической части. Коробка тихо переходит с одного режима вращения на другой режим.

Таков основной принцип работы вариатора. Конечно, показывать на шпулях работу кпп покажется примитивным примером, но является прикладным доказательством, как в узле происходит изменение вращений конических шкивов.

Тороидный вариатор

Устройство тороидного кпп в конструктивном плане иное. Имеет более технологичный принцип работы. Главную роль играют ролики необычной геометрической конфигурации. Ролики зажимаются между валами. Располагаются строго по оси. Для изменения передаточного числа необходима смена положения роликов.

Работа вариатора при трогании с места

На этом примере покажем, что происходит с вариаторной КПП при начале движения автомобиля с места стоянки.

Трогание с места с коробкой вариатор

Понятно, чтобы сдвинуть с места автомашину, необходимо максимальное усилие. Уменьшение силовой нагрузки на силовой агрегат происходит по следующей схеме. Автоматически устанавливается минимальный диаметр ведущего шкива, то есть конусы отходят от первоначального положения. Шкив ведомый, наоборот должен быть в полном объеме, конусы сходятся.

Получается, чтобы машина сдвинулась с места, ведущий шкив должен сделать несколько оборотов, а ведомый провернулся один раз. В результате усилия двигателя небольшие. Теперь разобрались, как работает вариатор.

Вариатор при наборе скорости

Тронувшейся с места машине, следует набрать крейсерскую скорость, то есть снизить при помощи КПП тягу, одновременно повысить обороты карданного вала. И здесь получается все наоборот. Ведущий шкив увеличивается в диаметре за счет схождения конусов, а ведомый уменьшается.

При разгоне максимальный диаметр ведущего вала производит один оборот, то, сочлененный ременной передачей вал, осуществляет на порядок больше оборотов. Происходящая манипуляция увеличивает нагрузку на силовую установку.

Вариатор его эксплуатация

Установка клиноременного вариатора в отведенный автомобильный отсек на силовой агрегат производится в поперечном или продольном положении. Используется сцепление для того, чтобы без рывков, в щадящем режиме производить манипуляции переключения скоростей автомобиля.

Устройство вариатора КПП

Скажем, конструктивно вариатор представляет сложную технологическую систему, требующую для продуктивного и длительного использования, осуществлять правильный технический уход. Первое, чем не стоит пренебрегать, это следить, чтобы рабочая температура вариатора, не выходила за границы, рекомендованных производителем, значений.

Подробнее об устройстве

Сейчас, более техническим языком об устройстве вариатора. Имеет два вала, имеющие изменяемые конусы, при помощи которых осуществляют передачу крутящего момента от мотора на приводной механизм колес. Как работают конусы, рассказано выше. Изготавливаются из очень прочных сталей, поскольку работают в среде больших силовых нагрузок. Значит, должны «стойко» перенести любые перегрузки, возникающие во время движения автомобиля по разным дорогам.

Вариаторная коробка имеет ремень и цепь. Ими соединяют валы. Ремень только в переносном смысле можно сравнить с предметом, которым отцы наказывают своих непослушных сыновей за мелкие проступки. В реалии коробка снабжена сложной технологической деталью, сформированной из фасонных частей, схожими с насекомыми бабочками. Они и придают детали форму клина.

Как работает ремень?

Ремень вариатора КПП

Ремень максимально использует силу трения, возникающими межу боковыми выступами с аналогичными клиньями рабочих шкивов. Так сказать, тесное взаимодействие осуществляет передачу крутящего момента на ведущие колеса автомобиля.

На многих моделях коробка, вместо ремней, содержит цепной переключатель скоростей. Благодаря этой замене, продлевается эксплуатационный ресурс. Такой передаточный механизм установлен на AUDI. Цепь содержит в своей технической структуре мелкие звенья, чем создается возможность огибать небольшие радиусы.

Рабочей работающей поверхностью является не боковая сторона, а торцовая. Следует отметить, что ремень и цепь выдерживают колоссальные силовые нагрузки, но уязвимы, если находятся в среде повышенных температур. Они быстро подлежат деформации, что означает замену агрегата или установки новой детали.

Какое требуется масло?

Любые трущиеся узлы, детали быстро изнашиваются, если не применять рекомендованные смазочные средства. В автомобильные отделы трансмиссии, заливают масло, используемое для смягчения трения и для выполнения других функциональных задач.

Для автоматов, в частности, вариаторов масло используется, чтобы давлением смазочной жидкостью производить манипуляции с конусами. Заливают ATF масло. Создает давление специальный масленый насос.

Гидравлический блок

Автомобильный гидравлический блок выполняет сложную функцию по распределению масляных потоков в нужные технологические каналы. Непосредственно в вариаторе выступает регулировщиком подачи смазочной жидкости в конусы то одного, то второго вала.

Схема вариатора КПП

При пробуксовках, других шероховатостей в работе, можно «сваливать» вину на некачественную работу вариатора. И не ошибетесь.

Охладительный экран

Охлаждающий элемент, а попросту радиатор, обязателен для вариатора. Он невероятно быстро перегревается на тяжелой дороге, вызывающей пробуксовки, при иных перегрузках. Если вовремя не «остудить» смазывающие масла, то это эта часть трансмиссии выйдет из строя.

Водители, заинтересованные в длительной безремонтной работе вариатора, устанавливают дополнительные охлаждающие экраны, работающие в принудительном порядке. Рекомендуется это проделывать на таких автомобилях, как Mitsubishi Outlander. Допрадиатор убирает лишнюю температуру масла.

Вариатор и его управление

Электронный блок работает в тандеме с ЭБУ, получая с последнего исходную информацию о вариаторе. Отдает команды шкивам занять то или иное объемное положение, согласно полученным данным о нагрузке и скорости автомобиля.

Блок выступает в роли контролера-защитника. Поступающие сигналы обозначают, что электроника сортирует поступающие сигналы, необходимые для нормальной работы важного участка трансмиссии.

Интересное о вариаторе

Изначально вариатор не предусматривал заднего хода автомобиля. Представьте себе, что такое вариатор без заднего хода на автомобиле. Это какой-то прикол. Конечно, мириться с таким положением не хотели. И конструкторы интегрировали в «планетарку» дополнительное устройство, что сильно повлияло на конструктивную сложность вариатора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию