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

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

Все о вариаторах (CVT). Стоит ли брать авто на вариаторе

На российском авторынке набирает популярность альтернатива автоматической коробке передач – вариатор, или же CVT. У автовладельцев уже успели сложиться мнения об этом нововведении, и не все из них положительные. Из-за этого раздела на два лагеря возникает вопрос: стоит ли брать машину с вариатором, или же отдать предпочтение АКПП?

Отличительные особенности CVT

Эта аббревиатура означает Continuously Variable Transmission, что специалисты в области автомеханики перевели как “бесступенчатая трансмиссия”. В этом названии и заключается принцип работы вариаторного устройства. Передачи меняются моментально, без постепенного повышения или понижения скоростей.

Строение вариаторной КПП

Описанные выше элементы – только основа CVT. Коробка передач работает благодаря и другим элементам. Один из них – гидротрансформатор. Он разделяет КПП и двигатель, передаёт энергию с коленчатого вала до шкива. Планетарный редуктор передаёт усилие на вторичный вал, начиная движение.

Датчики электроники расположены в тех местах, с которых нужно считывать информацию для корректной работы вариатора. К этим данным относятся:

• Скорость вращения валов;
• Температура моторного масла;
• Положение селектора;
• Положение педали газа;
• Нагрузка на движок;
• Скорость транспортного средства.

Роль масла в работе механизма

Рабочая жидкость отвечает за движение дисков. Оно происходит благодаря давлению. Однако ведомый шкив работает благодаря механической энергии самого трансмиссионного агрегата.

Для корректного функционирования CVT требуется специальное масло, разработанное для трансмиссии этого типа. Отличием от остальных жидкостей является сниженная сила трения. Предельная температура вариаторного масла равна +70℃. Показатели выше этой отметки оказывают негативное влияние на КПП.

Во избежание поломок, требуется своевременная замена масла в вариаторе. Его недостаток приведёт к проскальзыванию ремня. Грязная жидкость ухудшает состояние бесступенчатого механизма в целом, поэтому необходимо регулярно заливать чистую.

Виды вариаторов

Описанная выше модель конструкции на данный момент самая распространённая, однако разработаны и другие варианты CVT. Одним из таких является тороидальный.

Его шкивы представляют собой конусы, основание которых напоминает диски. Ремень же заменён на ролики, расположенные промеж вращающихся деталей. Они контролируют трансмиссию: чем выше ролики, тем больше передача. Механизм работает благодаря генерируемой силе трения. Каждый элемент работает синхронно друг с другом.

Преимущество этой вариаторной системы над ременной – надёжность. Уменьшенное количество элементов и специфическая модель работы понижают вероятность поломки. Однако если она всё-таки произошла, то придётся доставлять автомобиль в автосервис и менять весь механизм, отремонтировать его не получится.

В отличие от тороидальной КПП, цепная не имеет больших отличий от концепта классического вариатора. В ней ремень представляет собой крепкую цепь, способную выдержать большие нагрузки. Поэтому такая CVT встречается в основном в грузовых машинах. Более широкого применения не нашла из-за повышенной стоимости производства и большого шума работы.

Вариаторы в наше время

CVT часто встречаются в машинах немецких и японских концернов. Крупнейшие производители вариаторов и компонентов для них – LuK, ZF, Aisin. Они поставляют продукцию лидирующим автомобильным компаниям. Но у некоторых предприятий есть и собственные модели вариаторов, созданные и настроенные для конкретных моделей автотранспорта.

Оригинальные варианты CVT перестали быть редкостью и сейчас они присутствуют у ряда компаний. Наиболее интересная история разработки вариаторных технологий имеется у следующих концернов:

• Subaru;
• Audi;
• Nissan.

Вариаторы Subaru

Концерн Subaru решил развить заброшенную модель вариаторов ECVT. Первые модели были модернизированы и соответствуют всем современным требованиям. Японские инженеры повысили долговечность неожиданно простым методом – они всего лишь изменили диаметр ведущего шкива.

После этого, Subaru продолжили развивать вариаторы, но эти попытки были менее успешны. Для своей новинки Justy разработана полностью электрическая вариаторная трансмиссия без возможности ручного управления. Последующая разработка iCVT выдавала слишком низкие показатели для применения с мощными двигателями, поэтому быстро была забыта.

Вариаторы Subaru надёжны и долговечны. Изменения в диаметрах шкивов снизили напряжение и трение, минимизировали риск деформации. Продвинутая система электрического управления облегчает вождение, делает его плавным, устойчивым и легко контролируемым.

Экономия топлива до 8% — самое привлекательное достижение технологий Subaru Lineartronic. Замена масла в вариаторе этого типа также требуется реже. Однако водителям, предпочитающим скоростную и агрессивную езду, брать машины с этой системой не рекомендуется. Несмотря на всю свою надёжность, для такого вождения эта CVT не предназначена и приведёт к изнашиванию.

Вариаторы Audi

Особенности CVT этого производителя – специальная технология виртуальных передач. Она больше похожа на механику, нежели на АКПП. Электронное управление включается при выборе спортивного режима, в остальное время режим передачи устанавливается вручную.

В механизме используется укреплённая цепь со звеньями из пластин разных размеров. Это уменьшает громкость работы вариатора. Гидроцилиндры крепко сжимают шкивы для предотвращения проскальзывания. Многодисковый тип системы сцепления обеспечивает плавное движение.

Особенности механизма позволяли выбирать скорость заднего движения. Были усовершенствованы электрические компоненты, которые уже не так часто давали сбой, по сравнению со своими предшественниками. Но всё же несовершенства у вариатора Multitronic присутствовали, и Audi больше не использует его в новых авто.

Вариаторы Nissan

Этот концерн поставил перед собой прежде всего избавиться от проблем вариаторной КПП, и только затем заниматься наработками. За основу бралась распространённая клиноременная система.

В моделях X-tronic применяются тонкие шкивы и ремни с низкой гибкостью. Сниженное давление понижает шанс поломок и сбоев, а малое трение ремня вариатора меньше влияет на эффективность работы двигателя. Владельцы автомобилей, оснащённых CVT X-tronic, отмечают тихую и комфортную езду.

Эта модель вариаторов сочетается с мощными двигателями. Не обделена вниманием и электроника. Её конфигурация даёт возможность трансмиссии на лету адаптироваться под меняющиеся дорожные условия. Эксперты предугадывают высокие перспективы для вариаторов X-tronic, если Nissan не забросит этот концепт.

Однако при всех плюсах, замечаются сложности при езде по заснеженной или грязной местности. А если возникнет поломка, восстановление работоспособности автомобиля потребует больших средств.

Методы различения вариатора и АКПП

Новые модели КПП схожи друг с другом, даже если они отличаются принципом действия. Поэтому отличить вариатор от автоматической коробки передач по внешнему виду вызовет затруднения у среднестатистического автовладельца. Гораздо легче будет ознакомиться с письменной информацией о марке автомобиля.

Сделать это можно посмотрев информацию о транспортном средстве в Интернете. Каждая крупная автомобильная компания имеет собственный сайт. На нём предоставлен полный перечень информации о конкретной марке авто. Даже если таких данных нет у концерна, их можно найти и в других местах.

Если же с методом интернет-поиска возникли затруднения, на помощь придёт документация транспортного средства. Инструкция по эксплуатации содержит необходимую информацию.

Последний возможный метод – характеристики на подкапотной табличке. Разобраться с ними может продавец-консультант. Нужно предоставить ему информацию с таблички, а уже по ним будет проходить выбор нужных деталей. Последним вариантом будет считывание деталей о транспортном средстве на корпусе. Это поможет сделать автомеханик.

Преимущества и недостатки вариаторов

CVT-трансмиссия разрабатывалась для экономии топлива и комфортности езды. Особенности устройства максимизируют работу двигателя, добиваясь высокого крутящего момента и соответствующих оборотов. Комфорт обеспечивается плавностью перемещения. Водитель даже не заметит момент, когда изменилась скорость, тем самым сохраняя приятные ощущения при езде.

Вариаторы достигают разгона в кратчайшие сроки. При этом стоя в пробках или на светофоре, автомобиль не будет непроизвольно глохнуть. Движение вверх по наклонной происходит без замедлений. Но часть автовладельцев негативно отзывается о вариаторах.

CVT не терпит нарушений правил эксплуатации. При несоответствующем вождении скоропостижный выход агрегата из строя гарантирован. Категорически запрещено водить агрессивно и подвергать машину нагрузкам. От водителя требуется полная аккуратность.

Замена масла в вариаторе проводится только специальной рабочей жидкостью, а цена его немаленькая. Помимо этого, после повышения пробега на 30 000 километров нужна замена фильтров. Их, как и другие запчасти вариаторной коробки передач, проблематично найти.

Установлены ограничения на мощность двигателя. Агрегат, превышающий 220 лошадиных сил, несовместим с вариаторами. Спорткары тоже обделены возможностью использования CVT – большая скорость приводит вариаторную КПП в негодность.

Буксировка также ограничена. Водителям нельзя надеяться на дружескую помощь при перемещении обездвиженного ТС с вариатором. Для этого придётся вызывать эвакуатор.

Вывод и мнение экспертов

Тема превосходства вариаторов над АККП — вечный повод для споров между автовладельцами. Частый аргумент в пользу CVT-устройств – это экономичность. Во всех типах этой трансмиссии присутствует экономия топлива. Пониженные нагрузки также снижают расходы денежных средств на автомобиль. Контраргументом выступают высокие цены на масло и необходимость в частом и дорогом техобслуживании вариаторов.

Тема ремонтирования гидротрансформаторов больная для владельцев автомобилей с CVT-трансмиссией. Да и с другими запчастями не лучше: либо их нет в наличии, либо требуется полная замена механизма Вариаторы не выдерживают пробега больше чем на 200 тысяч километров. Найти авторемонтника, способного обслужить вариатор, тоже бывает сложно.

Рассмотрев все особенности вариаторной передачи можно прийти к выводу, что она уступает АКПП как со стороны надёжности, так и со стороны финансов. Только современные модели Lineartronic и X-tronic способны оказать им конкуренцию благодаря долговечности и улучшенной экономии топлива.

Если сравнивать CVT с автоматикой, вторая проигрывает по четырём пунктам:

• Торможение и набор скорости сопровождается рывками. Однако на современных моделях это менее ощущаемо;
• Расход горючего больше из-за низкого КПД;
• Динамика вариатора превосходит динамику автоматичкой коробки передач;
• Моторного масло потребуется в среднем 8 литров, когда CVT потребляет в среднем 6 литров.

В заключении нужно сказать, что фактор личных предпочтений тоже играет роль. Аккуратные водители, предпочитающие комфортные поездки преимущественно по городской местности и готовые вложиться в дорогостоящие компоненты, могут отдать предпочтение вариаторам. Тем, кто к таким не относятся, лучше придерживаться АКПП.

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

Источник https://re-auto.ru/vse-o-variatorah-cvt/

Источник