Вариаторы CVT – чтобы ненависть превратилась в любовь

Вариаторы CVT – чтобы ненависть превратилась в любовь

Анатомия авто

Автор Денис Шебеко На чтение 28 мин. Просмотров 5.8k. Опубликовано 21.02.2021

К этим коробкам передач в России очень неоднозначное отношение. Многие их любят, но большинство автомобилистов – ненавидят. Часто, услышав аббревиатуру «CVT», покупатели напрочь отказываются приобретать автомобиль с КПП этого типа, а «знатоки» отзываются о вариаторах с большим скепсисом. Где правда, а где заблуждения? Надо ли настолько сильно бояться CVT? В данной статье мы ответим на эти вопросы подробно и объективно.

Что это такое и как расшифровывается?

CVT – аббревиатура от английского термина Continuously Variable Transmission, который на русский язык переводится, как «бесступенчатая трансмиссия». Ещё одно название таких механизмов – «вариатор». Термин происходит от латинского «variātor», что значит — «изменитель». Эти термины часто соединяют в пару «вариатор CVT» или используют по-отдельности, что сути никак не меняет. В водительском сообществе эти коробки передач получили симпатичное прозвище «варик».

Вариатор CVT – тип автомобильных автоматических коробок передач, в которых передаточные числа меняются бесступенчато в определённом диапазоне. Такие КПП используются не только в автомобилях, но и на мотоциклах, мопедах, скутерах, снегоходах и в некоторых других лёгких транспортных средствах.

В контексте рассматриваемой темы мы коснёмся сугубо автомобильной области применения вариаторов.

Как это работает?

Проделаем простейший опыт. Для этого нам потребуются: бухгалтерская резинка или небольшое резиновое кольцо, один тонкий фломастер, два фломастера среднего диаметра, и ещё один – толстый. Снимем с фломастеров колпачки. Левая рука будет играть роль двигателя, а правая – дифференциала и трансмиссии. Возьмём в левую руку тонкий фломастер, а в правую – толстый, и легонько растянем ими резинку. Пальцами левой руки начнём вращать тонкий фломастер. Резинка натянется и станет перематываться между фломастерами, заставляя вращаться толстый фломастер в правой руке. Легко заметить, что, повернув тонкий фломастер на два оборота – толстый совершит лишь один. Таким образом мы с Вами смоделировали низшую (аналогичную 1-й у МКПП) передачу CVT.

Проделаем то же самое с двумя фломастерами одинакового диаметра. Количество оборотов фломастера в левой руке будет точно таким же, как у фломастера в правой. Это наглядная модель средней передачи CVT (аналогичной 3-4-й у МКПП).

Теперь «двигателем» у нас будет толстый фломастер, а «дифференциалом с трансмиссией» – тонкий. Сделав один оборот толстым, заметим, что тонкий сделал их – два. То же самое происходит в вариаторе на высшей передаче (аналогично 6-й у МКПП).

Включите воображение, и представьте, что каким-то волшебным образом два фломастера могут сами менять свой диаметр, причём – пропорционально: насколько увеличивается первый, настолько же уменьшается второй, и наоборот. Созданный Вашим подсознанием «фильм» станет хорошей моделью принципа действия бесступенчатого редуктора, а иными словами — автомобильного «варика».

Как устроен и из чего состоит автомобильный вариатор CVT

Здесь тоже нет ничего сложного. Если за «точку отсчёта» взять двигатель, то CVT представляет собой собранные в одном модуле (узле, коробке передач) пять систем: муфта сцепления + бесступенчатый редуктор (он же – вариатор) + муфта включения заднего хода + система автоматического управления предыдущими системами + дифференциал. Несмотря на то, что «царём» в этой коробке передач является бесступенчатый редуктор, всеми процессами «рулит» система автоматического управления.

Зачем вариатору муфта сцепления?

Без муфты сцепления здесь – никак! Если её не будет, то, остановившись на светофоре, двигатель автомобиля заглохнет, как это бывает у начинающих курсантов автошкол, забывающих нажать левую педаль сцепления перед остановкой. У CVT муфта сцепления является ещё и «нейтралью», так как «фломастеры» в бесступенчатом редукторе находятся в зацеплении с «резинкой» постоянно, и «расцепиться» или вхолостую скользить друг по другу они не могут.

Муфты сцепления у автомобильных вариаторов бывают трёх типов: фрикционные, гидравлические (или гидромуфты) и гидротрансформаторы.

Фрикционные муфты сцепления «вариков» – многодисковые. Однодисковые, как на «роботах» – крайне редкое решение, применяемое в основном на миниатюрных японских «кей-карах» для внутреннего рынка и на мототехнике. Многодисковые муфты обычно имеют более двух пар ведущих и ведомых фрикционных дисков, своим видом отдалённо напоминающих оные у механических КПП или у фрикционов тракторов и танков.

Современная тенденция – применение муфт с так называемым последовательным смыканием и размыканием фрикционных дисков. Работает это так: в момент размыкания выходит из зацепления сначала первая, затем вторая, потом третья, и т.д. пара дисков. При смыкании, всё наоборот, соответственно. Это позволяет сцеплению работать быстро, даже молниеносно, но при этом — плавно, комфортно, без толчков и вибраций, незаметно для водителя и пассажиров. Технология заимствована, кстати, у гоночных автомобилей.

Управление смыканием/размыканием фрикционной муфты осуществляется аналогично «роботам» – сервоприводом или гидравликой. Конструкция привода относительно проста и незатейлива, а главное для нас, как для пользователей – все эти конструкции отработаны двумя десятками лет множеством автопроизводителей, поэтому хорошо известны и не доставляют «сюрпризов».

Выгоды и преимуществ фрикционных муфт в CVT

• Стопроцентная ремонтопригодность;
• Относительно простая, надёжная, легко диагностируемая и ремонтопригодная система управления муфтой;
• Устойчивость к ударным нагрузкам – при трансмиссионном ударе диски просто провернутся, проскользнут, без повреждений и поломок;
• Небольшая масса и компактные размеры. Вариаторы с фрикционными муфтами весят не больше «роботов» и сравнимы с ними по размерам, а значит легко размещаются в подкапотных пространствах небольших автомобилей, обеспечивая удобство для обслуживания и ремонта;
• Минимальная инерция и полное отсутствие насосных потерь. Это оценят водители со спортивным стилем управления автомобилем, и любители сэкономить – ведь снижается и расход топлива;
• Отсутствие необходимости во внешней или автономной системе охлаждения муфты. Тем более, что при использовании фрикционных муфт «мокрого» типа (диски работают в «масляной ванне») обеспечивается приемлемый теплоотвод даже в экстремальных условиях (пробки и бездорожье);
• Небольшой объём масла CVT – ведь оно нужно только для смазки бесступенчатого вариатора.

Недостатки фрикционных муфт CVT

• Склонность к перегреву при длительном движении в пробках или использования приёма «враскачку» на бездорожье. Недостаток компенсируется применением муфт «мокрого» типа, однако в особо экстремальных пробках с многочасовой «толкотнёй» это может «не спасти»;
• В случае некорректной работы или проблем с системой управления муфтой, фрикционные диски могут «поджариться» или «сгореть»;
• При критическом износе фрикционных дисков или проблемах в работе системы управления муфтой, при нормальном движении автомобиля возможны толчки, вибрации и прочие дискомфортные ощущения.

Гидравлические муфты имеют столь же массовое применение на вариаторных КПП, как и муфты фрикционные. Это объясняется несколькими неоспоримыми преимуществами их конструкции. Однако ряд «врождённых» недостатков сужает область их применения. Однозначно ответить «что лучше, а что – хуже» – невозможно! Всё слишком сильно зависит от того, какие потребности есть у покупателя и какими свойствами обязан обладать автомобиль, в каких дорожных условиях, климате и стране он будет эксплуатироваться, и др. Поэтому просто перечислим плюсы и минусы гидромуфт.

Уместно отметить частое применение комбинированных гидромуфт, имеющих дополнительную фрикционную муфту, задача которой – рассоединить двигатель с трансмиссией. В этом случае фрикционная муфта работает при положениях селектора управления CVT «P» («паркинг») и «N» («нейтраль»), а гидравлическая муфта работает во всех остальных режимах движения.

Выгоды и преимущества гидравлических муфт CVT (их всего два, но они – мощные)

• Комфорт – их главное преимущество! Старт автомобиля с места и общее его поведение в движении почти всегда происходит плавно и мягко;
• Сглаживание трансмиссионных вибраций и пульсаций крутящего момента. Косвенно это снижает нагрузки на двигатель, трансмиссию и кузов, увеличивая их надёжность и ресурс.

Недостатки гидромуфт CVT

• Полная неремонтопригодность (!) или крайне ограниченная ремонтопригодность. В случае повреждения или износа, неразборный «бублик» придётся менять целиком в сборе;
• Высокая сложность конструкции «вариков» с гидромуфтой, усложнение системы автоматического управления из-за увеличения количества каналов, клапанов, и прочих вспомогательных подсистем;
• Относительно высокие насосные потери из-за постоянного перемешивания и циркуляции масла. За это приходится платить увеличенным расходом топлива;
• Кратковременная устойчивость к ударным трансмиссионным нагрузкам. Есть риск, что при единовременном экстремальном ударе муфта может получить повреждение лопаток с последующим быстрым выходом из строя всей коробки передач;
• Склонность к перегреву масла CVT при движении в пробках, по бездорожью, в горной местности или при буксировании тяжёлых прицепов;
• Необходимость наличия системы внешнего охлаждения и очистки масла CVT;
• Больший (в несколько раз!), чем у фрикционных муфт, объём сменяемого масла при ТО и повышенные требования к соблюдению технического регламента. Отработавшее свой срок и загрязнённое масло может быстро привести в негодность гидроблок системы автоматического управления и/или «прикончить» остальные узлы и системы;
• Повышенные требования к качеству масла и его свойствам. Если масло не соответствует допуску производителя, оно «старое» или поддельное – большие проблемы начнутся быстро и неожиданно;
• Большая масса и размеры «вариков» с гидромуфтой, приближающиеся к гидромеханическим АКПП. Вариаторы с фрикционными муфтами обычно в 1.2-1.5 раз легче и меньше, чем CVT с гидравлическими муфтами. За большую массу приходится расплачиваться увеличенным расходом топлива.

Вариаторы, у которых вместо муфт сцепления установлен гидротрансформатор (ГТ), аналогичный гидромеханическим АКПП – экзотика. Однако в последнее время такие чудовищные по своей сложности агрегаты иногда появляются на дорогих кроссоверах и седанах. Среди общего количества автомобилей с CVT, таких – менее 10%, однако о них много пишут и много говорят, поэтому рассмотрим и эту конструкцию. Для экономии места и Вашего внимания, нужно будет прибавить перечисленное ниже к преимуществам и недостаткам вариаторов с гидромуфтой.

Выгоды и преимущества гидротрансформаторов CVT

• Компактные размеры бесступенчатого редуктора, т.к. к его передаточным числам добавляется диапазон ГТ;
• Возможность управления передаточными числами в широких пределах и более точно;
• Ещё более высокий комфорт;
• Теоретически — повышенная устойчивость к ударным нагрузкам от трансмиссии.

Недостатки гидротрансформаторов CVT

• Чудовищная сложность системы автоматического управления;
• Увеличенная масса CVT с ГТ, часто превышающая массу аналогичных по классу АКПП;
• Огромный объём сменяемого масла;
• Особое масло, совмещающее свойства масел для вариаторов и жидкостей ATF;
• Высокая цена «особого» масла;
• Повышенные требования к качеству и свежести масла;
• Строгость соблюдения периодичности смены масла и обслуживания;
• Необходимость наличия мощной системы охлаждения и очистки масла;
• В случае поломки – очень сложный и дорогой ремонт, а чаще — его невозможность.

Редкость использования CVT с ГТ во многом объясняется тем, что теряется сам смысл применения такого вариатора. Гидромеханические АКПП по сравнению со столь сложной бесступенчатой КП более рациональны и выгодны не только по конструктивно-компоновочным соображениям, но и по финансовым.

Всё — просто! … или как устроены бесступенчатые редукторы и какими они бывают

• Две пары конических шкивов;
• Передаточный ремень.

Вспомните опыт с фломастерами и резинкой. Пары конических шкивов здесь играют роль «волшебных» фломастеров, меняющих свой диаметр, а роль резинки играет ремень.

Пару конических шкивов легко представить так: возьмите два чайных блюдца, мысленно просверлите их в центре донышек, оденьте оба блюдца на подходящий карандаш донышками друг к другу. Карандаш будет являться осью пар шкивов. Проделайте то же самое со второй парой блюдец. Теперь представьте, что на одной оси (карандаше) пара блюдец сдвигается друг к другу, а на другой – пропорционально раздвигается. Расстояния между осями-карандашами – неизменное.

Если мысленно поместить в зазор между блюдцами резиновое кольцо, слегка растянуть его, начать вращать пары блюдец, то мы увидим, что, сдвигая блюдца одной пары – резиновое кольцо начнёт перебегать на больший диаметр, а у второй пары – на меньший, раздвигая их. Соответственно увеличится скорость вращения второй пары. Если блюдца первой, ведущей пары, начать раздвигать, то кольцо переместится на меньший диаметр, блюдца ведомой пары сдвинутся и кольцо перейдёт на больший диаметр, а скорость вращения уменьшится.

Вот так и работает бесступенчатый редуктор.

У автомобильного «варика» пары шкивов имеют строго коническую форму. Шкивы изготовлены из высокопрочной стали особой марки. Фрикционная поверхность, которой касается ремень, имеет повышенную твёрдость и при изготовлении обычно подвергается поверхностной закалке током высокой частоты (ТВЧ).

Ремни у бесступенчатого вариатора, разумеется – никакие не кожаные, не резиновые и даже не пластмассовые или пластиковые, а только металлические, причём – из особой стали, наборные.

• Клиновые;
• Штифтовые (альтернативные названия: цепные или просто – цепи).

Клиновые ремни – наиболее распространены. Штифтовые – из-за ряда «врождённых» недостатков стремительно «вымирают».

Клиновые ремни состоят из двух каркасных направляющих стальных лент и нескольких сотен стальных рабочих пластинок (рабочих элементов), по своей форме напоминающих клин.

Направляющие каркасные ленты изготовлены из пружинной стали и имеют многослойную конструкцию (для большей прочности). Задача лент – сохранять постоянный диаметр ремня и удерживать рабочие пластинки вместе в одном замкнутом «пакете». Лентам необходимо иметь высокую гибкость, минимальную массу, но при этом максимальную прочность на разрыв.

Клиновые пластинки изготавливают из высокопрочной закалённой стали. Их боковые стороны, которые касаются поверхности конусов шкивов являются рабочими. Благодаря трению, цепляясь рабочей поверхностью за конус шкива, пластинка передаёт усилие находящейся перед ней, та – предыдущей, а предыдущая – той, что перед ней. И так – по кругу «по цепочке». Поэтому клиновой ремень является – толкающим.

Штифтовые ремни отдалённо напоминают велосипедную цепь. Вариаторные цепи тоже состоят из штифтов, являющихся осями звеньев, и нескольких пластинок, которыми штифты соединены друг с другом в замкнутую конструкцию. В отличие от клинового ремня, у цепи усилие передаётся за счёт трения торцев штифтов о поверхности конусов шкивов. То есть, рабочая поверхность штифтов – их торцы. Войдя в контакт с поверхностью конуса, штифт тянет своими пластинками следующий, этот следующий – тот, который за ним, и так далее, опять-таки – как у цепи велосипедной. Поэтому штифтовой ремень является – тянущим.

Считается, что цепные ремни способны работать с большими крутящими моментами, чем клиновые. Но это одно из заблуждений. Действительно, в пятне контакта торца штифта с поверхностью конуса шкива развивается большее давление и трение. Общая суммарная площадь пятен контакта штифтов, находящихся в зацеплении – в десятки раз меньше, чем таковая у клинового ремня. Однако за это приходится платить во много раз большими потерями на трение (снижение КПД), быстрым износом торцев штифтов и рабочих поверхностей шкивов, увеличенным риском повреждения фрикционных поверхностей при ударных нагрузках (задиры и борозды) и повышенными тепловыми нагрузками.

По сумме преимуществ и недостатков применение клиновых ремней оказывается более выгодным и технически оправданным, чем штифтовых цепей. Поэтому штифтовые ремни стремительно «вымирают».

• Большая масса, что ухудшает разгонную динамику и увеличивает расход топлива;
• Большие потери на трение между элементами цепи;
• Склонность к самозаклиниванию (при трансмиссионном ударе толкающий клиновой ремень уходит на больший диаметр шкивов, тянущий штифтовой ремень – на меньший);
• Неизбежные микровибрации при перемещении звеньев;
• Ускоренное «старение» масла и преждевременное истощение его свойств;
• Необходимость более частой смены масла и тщательного обслуживания цепного CVT;
• Меньший ресурс и «ходимость» цепи относительно клинового ремня.

ЗХ, САУ и Дифф – не просто буквы и вспомогательные системы

Муфта включения заднего хода (ЗХ), ещё называемая «реверс-редуктором», у CVT в большинстве случаев представляет собой простой по конструкции планетарный редуктор с одной – двумя парами фрикционов. Устанавливается муфта ЗХ между бесступенчатым редуктором и дифференциалом.

В виду простой планетарной конструкции и несложного привода, процесс включения/выключения заднего хода на автомобилях с вариаторами обладает одним преимуществом по сравнению с другими КПП, в том числе и механическими. Это преимущество – в скорости переключений, изменении направления движения автомобиля на обратное, и почти такой же набор передаточных чисел для движения — как вперёд, так и назад. В самом деле – чтобы включить ЗХ, гидравлике системы управления нужно лишь зажать фрикционы его муфты, что она делает практически мгновенно. Это свойство полезно при движении автомобиля по глубокой грязи или снегу, когда требуется воспользоваться приёмом «враскачку».

Развенчиваем миф о том, что мол «приём «враскачку» для вариаторов вреден». Всё совершенно не так! Как раз на муфту сцепления и бесступенчатый редуктор многократные переключения «вперёд – назад – вперёд – назад — …» никакого отрицательного влияния не оказывают, так как в этом процессе они не участвуют, а всю нагрузку берут на себя фрикционы муфты ЗХ, имеющие, как правило, большой запас по прочности и износу.

Разумеется, что «сдуру можно сломать всё, что угодно»! И, если во время «раскачки» бездумно жать на педаль газа, заставляя автомобиль буксовать и зарываться всё глубже, испытывать сильные трансмиссионные удары, то можно «сжечь» фрикционы муфты ЗХ за одну, в общем то несложную «бездорожную коллизию», как и «поджарить» все элементы CVT. И в этом несчастье никакой вины ни одного элемента вариатора, как и вины его недостатков – не будет.

Системы автоматического управления муфтами вариатора и его бесступенчатым редуктором по своему принципу действия обычно не отличаются от таковых на гидромеханических АКПП и состоят из почти тех же элементов. Небольшое отличие лишь в том, что у «автоматов» исполнительная гидравлика зажимает/отпускает ленточные тормоза и/или фрикционы рядов планетарной КПП, а у вариаторов – пропорционально меняет давление в управляющих гидроцилиндрах ведущей и ведомой пар конических шкивов, сдвигая одну и раздвигая другую. Разумеется, системы автоматического управления CVT могут отличаться по конструкции в зависимости от типа муфт сцепления и/или ЗХ.

Ахиллесова пята любой автоматической системы управления – гидроблок с электрогидравлическими клапанами. Если масло CVT свежее и чистое, то всё работает – идеально. Но если масло «старое», загрязнённое продуктами износа и потерявшее свои свойства – на стенках масляных каналов неизбежно накапливаются вредные отложения, мусорная «пудра» забивает каналы и выводит из строя гидроклапаны, а при наличии гидромуфты (тем более – гидротрансформатора) всё это скапливается внутри неразборных «бубликов», приводя в некоторых случаях к дисбалансу и преждевременному износу подшипников.

В принципе – всё это актуально не только для САУ вариаторов, но и для любых систем подобного типа самого широкого спектра автоматических коробок передач автомобилей «с двумя педалями».

Дифференциал в едином блоке с главной передачей (ГП) и местами присоединения приводных валов у вариаторов — точно такие же, как у «механики», «автоматов» и «роботов». Отличия могут быть лишь в специфике конкретного автомобиля, никак не связанной с типом и видом его КПП.

Общие преимущества и недостатки CVT

Этой статьёй мы не ставили себе задачу поставить двоеточие в легендарной дилемме «казнить нельзя помиловать» по отношению к вариаторам! Мы считаем, что CVT – такая же заслуживающая Вашего внимания автоматическая коробка передач, как классический «гидроавтомат» и любая другая из совершенных. В заключительной части статьи Вы об этом узнаете. Но следуя принципам справедливости, мы обязаны перечислить вариаторные «Pro et Contra», чтобы «расставить все точки над i», и Вы могли принять взвешенное, осмысленное, а значит – правильное решение о покупке того или иного автомобиля, с АКПП или «вариком».

Общие Плюсы CVT

• Теоретически: более высокий КПД по сравнению с гидромеханическими «автоматами», т.к. двигатель при наличии вариатора всегда работает в наиболее эффективном режиме при рациональном передаточном числе трансмиссии;
• Теоретически: лучшая среди всех КПП динамика, т.к. двигатель при разгоне всегда работает в зоне оборотов максимума развиваемого крутящего момента (вспомните слова великого Энцо Феррари: — «лошадиные силы продают автомобиль, а выигрывают гонки – ньютоны-на-метр»);
• Комфорт! Это – бесспорно! … но (как мы выясним в «минусах») — относительно. Действительно – у CVT априори отсутствуют толчки, вибрации и «разрыв потока мощности», из-за чего все процессы изменения скорости движения происходят плавно и незаметно;
• Мгновенное изменение направления движения на противоположное (эффективно во время использования приёма «враскачку» при движении по «среднему» бездорожью);
• Почти одинаковый набор передаточных чисел для езды вперёд и назад. Правда, мы конечно понимаем, что езда задним ходом на больших скоростях – удел каскадёров, а не обычных водителей, но … А вдруг, для какого-то читателя это будет важным? Значит «чернила» нами будут использованы не зря!

Все остальные плюсы – такие же, как у любой другой автоматической коробки передач.

• В реальности: КПД у вариаторов — не выше или сравнимый с гидромеханическими АКПП. Причина в неизбежно увеличенных потерях на трение и тем более – насосных потерях при наличии гидромуфты или ГТ. Причём: если у абсолютно нового «варика» КПД действительно может быть выше, чем у гидромеханических «автоматов», то через небольшой промежуток времени, по мере исчерпания ресурса, его КПД начинает снижаться и проигрывать «автоматам» из-за последствий естественного износа рабочих поверхностей, как и неизбежного рассогласования передаточных чисел и характеристик двигателя;
• В реальности: динамика автомобилей с CVT хуже, чем у «автоматов» из-за повышенного трения между пластинками ремня и конусами шкивов в момент разгона, а также из-за неизбежного «запаздывания». Ведь ремень не может мгновенно переместиться на другой диаметр шкивов и изменить передаточное число – для этого ему нужно время, которое даже у самых быстродействующих вариаторов составляет около 0.5-1.5 секунды. Современные гидромеханические АКПП этого недостатка лишены, так как способны переключаться за 0.1-0.3 секунды;
• Звуковой дискомфорт – когда при разгоне автомобиля с вариатором его двигатель «воет на одной ноте». Частично этот недостаток решается дополнительной шумо- и звукоизоляцией салона, однако полностью избавиться от неприятных «визжащих» звуков мотора – не удаётся;
• CVT – не для бездорожья! Трансмиссионные удары, неизбежно появляющиеся при езде по пересечённой местности, способны «прикончить» вариатор за пару десятков тысяч километров пробега;
• Внедорожные проблемы «вариков» усугубляются тем, что вариаторы априори «держат» двигатель на оборотах максимального крутящего момента, а при езде по грязи, скользкой или зыбкой поверхности, это грозит резкой пробуксовкой ведущих колёс и/или частыми «зарываниями». В какой-то мере этот недостаток компенсируется наличием систем подрулевых лепестков (для принудительного «ухода на одну-две передачи вверх») или «зимним режимом» вариатора (обычно включается кнопкой с символом «снежинка»), но пользование этими функциями требует от водителя соответствующего опыта, знаний и навыков вождения;
• CVT – не для ровных шоссейных трасс и круиз-контроля! При длительном равномерном движении на одном передаточном числе пластинки ремня вариатора постепенно «прогрызают» на поверхности шкивов плавные «канавы». Геометрия конусности нарушается. Это приводит к некорректной работе и лавинообразному увеличению износа поверхностей трения ремня и шкивов.
• «Эффект старения» — постепенное и неизбежное ухудшение работы вариатороной КПП, прямо пропорциональное степени износа его ремня и шкивов. Износ рабочих поверхностей пластинок приводит к изменению их ширины, а значит и профиля всего ремня. Износ рабочих поверхностей шкивов приводит к изменению их конусности. Таким образом, при одинаковых режимах работы двигателя, передаточные числа у нового вариатора и изношенного – будут отличаться. Опасность этого процесса в том, что он совершенно незаметен для водителя из-за растянутости во времени. Ощутить его можно только при сравнении двух одинаково «здоровых» автомобилей: нового, и с пробегом 100-150 000 км. Частично этот неприятный эффект компенсируется введением в ПО системы автоматического управления компенсационных поправок, однако полностью избавиться от его негативного влияния — невозможно. Гидромеханические «автоматы» априори лишены этого недостатка;
• Неремонтопригодность или ограниченная ремонтопригодность. Конструкция любого вариатора такова, что для его ремонта требуется большое количество специфического оборудования и высокой квалификации персонала СТО. Это могут себе позволить только специализирующиеся на ремонте вариаторов мастерские. В каталогах автопроизводителей, в подавляющем большинстве случаев, запасные части для ремонта CVT – отсутствуют. Такие запасные части доступны исключительно специализированным сервисным сетям и поставляются компаниями, не связанными напрямую с дилерскими сетями автомобильных марок;
• Необходимость наличия у вариаторов мощной системы охлаждения и фильтрования масла CVT. Как правило, бесступенчатые КПП, вне зависимости от марки, модели и производителя, не имеющие подобной системы – «долго не живут» и требуют ремонта уже к 50-70 000 км пробега.

Есть ещё насколько «моментов», по отношению к CVT, на которых хотелось бы заострить Ваше внимание:

Самое «тонкое место» вариаторов, источник потерь и потенциальных проблем — трение между пластинками клинового ремня (торцами штифтов цепи) и поверхностью конусов шкивов. Их свойства должны удовлетворять несовместимым требованиям – рабочая поверхность пластинки обязана иметь максимальный коэффициент трения с рабочей поверхностью шкива, но при этом он должен быть минимальным в вертикальном направлении для возможности скольжения и перемещения ремня на больший или меньший диаметры с целью изменить передаточное число. Это предъявляет повышенные требования к термообработке рабочих поверхностей пластин и шкива.

Если их закалить для получения максимальной твёрдости и минимального износа – пластины будут скользить по его поверхности, как по льду. Вариатор не сможет работать. Если пластики и шкив сделать «мягкими», то ремень будет «закусывать», возрастёт износ, нарушится геометрия поверхностей трения, увеличится температура в пятне контакта, и другие неприятности. Поэтому материалы, термообработка и твёрдость трущихся поверхностей CVT – всегда компромисс.

Повышенные требования к качеству каждого, даже мельчайшего элемента бесступенчатого редуктора – ещё одно «слабое звено» вариаторов. Если из нескольких сотен пластинок ремня, одна окажется «сырой» или бракованной – она сразу же становится очагом повышенного износа, который вскоре «прикончит» все остальные «здоровые» детали.

Ещё один источник фрикционных потерь в CVT – внутреннее трение между элементами ремня. Эти потери почему-то мало кто учитывает, но они есть, и – немалые. У штифтового ремня эти потери больше, чем у клинового, но и он, из-за огромного количества пластинок, особой «бережливостью» не отличается. Причём, трение здесь – везде. А неотвратимыми следствиями трения всегда являются – износ, нагрев, появление «металлической пудры» и продуктов окисления в масле.

Масло для «вариков» нужно особое, высококачественное, а значит – дорогое. Как мы выяснили, вариаторной жидкости приходится одновременно обеспечивать противоречивые требования по трению пластинок и шкивов, при этом одновременно быть и «трансмиссионкой», и «гидравлическим» и «трансформаторным» маслом. Поэтому масла для CVT имеют мало общего с жидкостями ATF или маслами для DSG, а их свойства – ещё один рациональный компромисс.

Попутно развенчаем ещё один миф, что мол «масла для вариаторов – двухфазные». Как известно, любое вещество на планете Земля может быть в четырёх состояниях (фазах): твёрдом, жидком, газообразном, и в виде плазмы. Авторы мифа о «двухфазности» масла CVT, вероятно считают, что в точке контакта рабочих поверхностей пластинки и шкива происходит некий локальный разогрев, и масло испаряется, в результате чего обеспечивается заданный коэффициент трения. Но если б такое происходило в реальности, вариатор не смог бы «прожить» в добром здравии и тысячи километров. Ещё раньше – его масло утратило бы все свои свойства. Ведь во время испытаний на «кипячение», даже лучшие синтетические моторные масла приходят в негодность через пару часов таких «пыток». Миф о «двухфазности» — красивый, но не имеющий ничего общего с происходящим на самом деле.

Ещё один миф – о якобы дешевизне производства вариаторов. Мол – вариаторы имеют меньшую себестоимость, чем гидромеханические «автоматы», поэтому их любят автопроизводители. Заблуждение в том, что «варики» как раз — отнюдь не дёшевы в разработке и производстве. Яркое доказательство этому – если рядом положить и полностью разобрать «до винтика» гидромеханическую АКПП и CVT, то после раскладки всех деталей, будет видно, что у «автомата» их подавляющее число — «монолитные» и «крупные», а их количество относительно невелико, по сравнению с вариатором, у которого один только ремень состоит из двух каркасных лент и нескольких сотен (!) маленьких прецизионных пластинок. Подобная сложность – сама по себе снимает вопрос о вымышленной «незатейливости» производства CVT. Другое дело, что несколько компаний, благодаря узкой специализации, опыту и ноу-хау, всё-таки смогли наладить крупносерийное производство разнообразных вариаторов весьма высокого качества.

Слово «несколько» употреблено здесь не зря. Производством вариаторов в мире занимаются всего четыре компании (производителей «автоматов» намного больше), перечислить которые не составит труда: Aisin AW (Япония), Jatco (Япония), Punch Powertrain (Нидерланды и КНР) и Subaru (Япония).

У читателя может сложиться неверное мнение, что мы, «в пух и прах» раскритиковав вариаторы и перечислив их недостатки, наводим его на мысль об отказе от покупки автомобилей с CVT, так как эти КПП ненадёжны и доставляют много проблем. Это – не так! У вариаторов есть много преимуществ по сравнению с другими КПП. Количество их приверженцев немногим уступает числу любителей «автоматов» иных конструкций. Вариаторы – просто они ДРУГИЕ, чем гидромеханические АКПП, и имеют такое же право на жизнь и Ваш выбор. А для того, чтобы «варики» служили долго и надёжно, достаточно знать некоторые особенности их эксплуатации.

Что делать, чтобы CVT жил «вечно»

• Менять масло в вариаторе через 20-30 000 км (но не реже и не дольше) или 1 раз в 2 года. Про сообщения сотрудников официальных дилеров и указания в руководствах по эксплуатации о якобы «вечном» масле, «не требующем замены в течение всего срока службы автомобиля» – забыть!
• Масло (жидкость CVT) применять только с соответствующим допуском производителя транспортного средства. Не слушайте никаких «добрых советов»! Применять жидкость только ту, в стопроцентной подлинности которой Вы уверены — стопроцентно! Если будет использовано поддельное масло, или не имеющее допуск производителя автомобиля – «варик» вскоре потребует дорогого ремонта.
• Жидкость CVT следует покупать только у официальных дилеров или в «проверенных» автомагазинах, болеющих за свою высокую репутацию.
• При смене жидкости обязательно менять её фильтр (если таковой предусмотрен конструкцией вариатора).
• Не реже 1 раза в год подвергать внешней очистке радиаторы охлаждения вариатора. Не допускать засорения радиаторных сот дорожным мусором, насекомыми и пылью.
• Через каждые 50-70 000 км пробега промывайте радиаторы изнутри, лучше – демонтировав его/их с автомобиля.
• Если радиатор охлаждения и/или фильтр очистки масла у вариатора Вашего автомобиля отсутствуют – установите их! В России есть несколько компаний, которые занимаются производством и установкой систем охлаждения и фильтрования масла CVT. Их легко отыскать в Интернете. Будет достаточно назвать марку и модель Вашего «железного друга», его двигатель и год выпуска, и сотрудник компании тут же подберёт необходимый комплект элементов сверхполезной для здоровья вариатора системы.
• В дальних поездках по ровным шоссе – избегайте длительной езды с включённым на одной скорости круиз-контролем, изменяйте скорость (плюс/минус 5-10 км/ч) каждые 10-15 минут движения. Большинство современных систем криз-контроля оснащены плавной регулировкой скорости. При наличии такой системы на Вашем автомобиле, слегка изменять скорость – легко и удобно.
• Насколько возможно – не ездите по пересечённой местности, по камням, корням и др. А если вдруг так получилось – соблюдайте максимальную осторожность. Минимизируйте возможность получения трансмиссией Вашего автомобиля ударных нагрузок.
• При вынужденной езде по бездорожью, если Ваш автомобиль оснащён подрулевыми клавишами-«лепестками» для принудительного изменения передаточных чисел трансмиссии — «повышайте передачу», чтобы к ведущим колёсам не поступал слишком высокий крутящий момент, и он не «зарылся» и не увяз. Если присутствует «зимний» режим работы вариатора (кнопка с символом «снежинки», находящаяся радом с селектором КПП) – включите его при езде по грязи и скользкому дорожному покрытию.
• Автомобиль, оснащённый CVT – не тягач! Забудьте о длительном (более 100 километров) буксировании прицепов с катером, снегоходом, гидроциклом или другим грузом массой более 200 кг. В виде исключения – можно отбуксировать другой автомобиль (например – с «умершим» мотором или разбитый, но способный «катиться») на СТОА. Но делать это следует с соблюдением максимальной осторожности, с минимальными нагрузками на трансмиссию и мотор Вашего «железного друга».
• На бездорожье – не вздумайте вытаскивать другой автомобиль, застрявший в грязи! Пары десятков рывков будет достаточно, чтобы вариатор «умер». После этого спасать придётся уже вас двоих.
• Если вдруг с оснащённым CVT автомобилем произойдёт неприятность, и его придётся буксировать, то следует соблюдать то же правило, что и при наличии АКПП — принцип «три – пятьдесят», то есть: со скоростью не более 50 км/ч, на расстояние до остановки не более 50 км, после чего около 50 минут дать коробке передач «остыть». А лучше всего – перевезти машину на эвакуаторе.
• Рекомендация: если есть возможность и финансовые средства на мероприятие по установке дополнительной шумо- и виброизоляции салона – сделайте это! Пусть «поющий на высокой ноте» двигатель не раздражает Вас и пассажиров Вашего автомобиля.
• Зимой, особенно при сильных морозах, перед тем, как отправиться в путь – прогрейте автомобиль с CVT хотя бы в течение 5 минут. Во время прогрева – не «газуйте»: это никак не ускорит процесс, но может доставить неприятности насосу «варика» и муфте сцепления. Начинайте движение плавно, без резких ускорений и сбросов газа. Если вариатор оснащён функцией «зимний режим» – обязательно нажмите кнопку со «снежинкой», когда температура воздуха опускается ниже 0°С. Этот режим защитит трансмиссию от перегрузок и будет обеспечивать безопасное движение в зимних условиях.

«Предупреждён – значит вооружён» – гласит старинная английская пословица. К отношению автолюбителей в адрес вариаторов она имеет самое прямое отношение, как и к смыслу нашей статьи. Теперь рассуждать о «вариках» Вы сможете спокойно и обдуманно, а решение о покупке того или иного автомобиля будет принято Вами аргументированно и позитивно. Начав эксплуатацию автомобиля с CVT Вы быстро убедитесь, что эта коробка передач ни в чём не уступает классическим «автоматам», доставляя удовольствие от вождения.

А скептикам Вы можете смело ответить словами Максима Горького: — » Доказывать человеку необходимость знания — это все равно что убеждать его в полезности зрения».

Что такое вариатор и как он работает

Вариатор или CVT (Continuously Variable Transmission – бесступенчатая трансмиссия), достаточно много автомобилей выпускается именно с такой трансмиссией. Когда вы выбираете новую машину (или даже Б/У) перед вами обязательно встанет такой выбор что брать — вариаторную трансмиссию, гидротрансформаторную или роботизированную? Если обычный «автомат» изучен «вдоль и поперек» (если возникают проблемы, то они все известны), с роботом тоже все понятно (пока не стоит в его сторону смотреть). То вот третий тип вроде и надежный, но мало кто знает, что это такое, какой принцип его работы, основные плюсы и минусы. То есть это такая «темная лошадка». Сегодня я постараюсь простым языком раскрыть тему, рассказать чего стоит бояться, а чего нет. Вариатор — это бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которая позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный

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.

Минусы вариатора

Таким образом, у вариатора масса достоинств. Но есть и недостатки. Например, сравнительно небольшая, по современным меркам, «перевариваемая» мощность двигателя. Не зря такие коробки начали своё шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили — все сплошь и рядом укомплектованы либо «механикой», либо классическими «автоматами», либо роботизированными коробками. Правда, прогресс идёт. И тут нельзя не вспомнить рекордсменов. Скажем, на Audi A4 2.0 TFSI клиноремённый вариатор Multitronic (с цепью) без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».

Читайте также: Разболтовка колёсных дисков в таблице

Вариатор Audi может передавать на колёса мощность свыше двухсот лошадиных сил

Можно возразить, что класс D — это ещё не всё. Для автомобилей представительского и бизнес-класса, и тем более для крупного внедорожника — 200 сил уже не назовёшь такой уж большой величиной. Но достижения самых современных вариаторов на этом не исчерпываются. Так, на кроссовер Nissan Murano с 3,5-литровым V6 мощностью 234 лошадиные силы ставят клиноремённый вариатор X-Tronic. Это одна из самых крупных и тяжёлых моделей, оснащённых вариатором. А что будет завтра? Второй недостаток вариаторов — сравнительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а значит, недешёвая, трансмиссионная жидкость. Ремённые вариаторы могут через каждые 100—150 тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько дороже, чем для «автомата», но зато менять его можно чуть реже — ориентировочно через 40—50 тысяч километров для разных моделей автомобилей.

И всё же вариаторы получают всё большее и большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших «автоматов» классического типа. Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах — нужна ли нам (на светофорных гонках) максимальная мощность, или, напротив, плавность и наименьший расход топлива (при спокойной езде). Потому модели с вариаторами отличает, при прочих равных, высокая экономичность, сочетающаяся с не менее приличной динамикой.

Кстати, в последнее время наметилась тенденция к росту числа передач у классических «автоматов». В последних моделях встречается уже 8 передач (на легковой, заметим, машине). И делается это именно для сочетания высокой динамики и экономичности. Скоро увидим автоматы с десятью ступенями или даже с двенадцатью? А вот вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы с их переключаемыми планетарными рядами никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно.

Если же температура понизилась до -30 и ниже, от поездок на автомобиле с вариаторной коробкой лучше отказаться. Если ехать нужно, тогда машину потребуется долго греть на холостых, затем допускается езда исключительно в щадящем режиме.

Пару слов — про масло и фильтра

Не могу промолчать и не высказаться про этот пункт подробнее. Масло в CVT также является очень важной составляющей в работе всего устройства в целом, как собственно и масляный фильтр. Многие производители, официальные дилеры могут вас заверять, что оно здесь залито на весь срок службы. ЭТО КРАЙНЕ НЕ ВЕРНО! Масло и фильтр являются расходными материалами и многие производители говорят что нужно менять их раз в 60 000 км, а в сложных условиях (коими являются наши Российские реалии – морозы, снег, жара, дожди, грязь и пробки в мегаполисах) стоит менять еще чаще, лично я бы советовал через 40 000 км.

ЧТО БУДЕТ ЕСЛИ НЕ СМЕНИТЬ? Масло изнашивается и зачастую пригорает (от большого пробега), образуя внутри отложения, которые могут забивать различные каналы и фильтра. Основной фильтр также может забиваться отложениями, металлической пылью и прочими «продуктами работы». В итоге падает давление от масляного насоса до магистралей гидроблока и собственно самих конусов, которые сводятся на валах. Вариатор начинает буксовать, пинаться, или даже может встать в аварийный режим.
ПОЭТОМУ замена масла, фильтра и при необходимости чистка гидроблока ПРОСТО НЕОБХОДИМЫ для нормальной работы вариаторной трансмиссии. Если будете проводить интервал замены раз в 40 – 50 000 км, не перегревать «коробку» проходить может очень долго.

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.

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.

Читайте также: Дэу джентра или рено логан что лучше. Движение — жизнь

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.

Тороидный вариатор — устройство и принцип работы

Тороидный тип вариатора
имеет совершенно другой принцип работы. Здесь усилие передается при помощи специальных роликов которые зажаты между валами, они имеют тороидную форму (отсюда и название) и расположены на одной оси. Чтобы в такой конструкции изменить передаточное число нужно изменить положение роликов. Для максимальной тяги нужно повернуть роликовые зажимы в сторону ведомого вала, в таком положении диаметр контакта ролика и вала будет минимальный, а у ведомого – максимальный.

При наборе скорости нужно уменьшение числа и увеличение вращения, ролики отводятся в другую сторону (ведущего вала), при этом диаметры меняются противоположно.

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:

• 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.

Читайте также: Как отрегулировать боковые зеркала в машине?

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.

Принцип работы вариатора

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

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

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

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.

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.

Читайте также: Дешевле — вреднее. Можно ли смешивать 92-й и 95-й бензин?

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.

Чем хороша CVT?

• Отсутствие потерь в разгонной динамике на переключение передач. При интенсивном разгоне автомобиля с вариатором стрелка тахометра зависает на одном месте – в зоне максимальной мощности двигателя. Таким образом, разгон получается наиболее эффективным.
• Снижение расхода топлива. Если вы движетесь с постоянной скоростью, умеренно разгоняетесь, вариатор подбором передаточного числа устанавливает минимальные обороты двигателя. Такая работа мотора не только позволяет увеличить акустический комфорт в салоне, но и снизить потребление горючего.
• Снижение вредных выбросов в атмосферу.
• Плавность движения. Благодаря линейной, а не ступенчатой смене передаточного отношения, автомобиль как при разгоне, так на торможении сохраняет плавность хода.
• Компактность. Небольшие размеры позволяют устанавливать вариаторы как на полноприводные авто, так и на переднеприводные машины.

Плюсы ясны, но насколько серьезные минусы?

К сожалению, как и многие устройства в мире технике, вариаторы не лишены недостатков. CVT изначально задумывалась в качестве коробки передач для малолитражек, хэтчбеков, среднеразмерных седанов и небольших кроссоверов. Клиноременные и даже клиноцепные вариаторы крайне плохо переносят резкие изменения режимов движения. Постоянные чередования динамичных разгонов, замедления и пробуксовка ведущих колес приводят к повреждению поверхности конусов, растягиванию цепи/ремня. Задиры провоцируют появление подергиваний, ускоренный износ ремня/цепи. Также к перебоям в работе вариатора и потере ресурса приводит падение давление масла. Из-за этого начинают проскальзывать фрикционные пакеты. В итоге масло очень быстро стареет, а гидроблок забивается взвесью с фрикционных накладок (пыль, которая попадает в жидкость ATF).

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.

Зачем нужен вариатор

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

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

При разгоне, когда нам нужна максимальная динамика, мы уводим двигатель в режим повышенных оборотов и стараемся в нем оставаться, пока необходимость в максимально быстром ускорении не отпадёт. При плавном ускорении на загородной трассе мы так же будем переключаться по мере необходимости. Именно по этой причине для более полного использования возможностей двигателя выгодно внедрить большее число «коротких» ступеней с узким рабочим диапазоном – чем сейчас и занимаются производители традиционных трансмиссий – но этот подход неизбежно ведёт к увеличению стоимости, сложности и веса коробки передач.

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

Источник https://car-fanatic.ru/variatory-cvt-ot-nenavisti-do-lubvi/

Источник https://iga-motor.ru/avto-import/princip-raboty-variatornoj-korobki-peredach.html

Источник