Что такое вариатор

Принцип работы

Принцип работы вариатора тоже основан на «ступенях», но здесь они создаются программно. К примеру, в тех ситуациях, когда необходима тяга, а не скорость — преодоление снежного покрова или слишком грязного участка дороги.


Как мы помним, шкивы то сходятся, то расходятся. При их раздвижении ремень лента уходит внутрь, а в ходе сближения он принимает форму клина. Это оказывает влияние на передаточное число. При схождении шкивов оно увеличивается, а когда они удаляются — уменьшается.

Но что руководит подвижными элементами? За это обычно отвечают пружины и центробежная сила, которая создается при помощи гидравлического привода, а он находится под контролем электроники. Именно она задает все необходимые условия, столь нужные для эффективной работы CVT в автомобиле. Благодаря этому увеличивается ресурс, и снижается расход топлива.

Устройство и принцип работы вариатора

Вопросы о том, каково устройство вариатора и каков принцип его работы, будут разобраны подробнее. Но сначала необходимо обозначить, каковы основные элементы конструкции.

Основные компоненты

В состав вариаторной трансмиссии входят ведущий и ведомый шкивы, соединяющий их ремень (цепь или ролик), система управления. Шкивы расположены на валах и выглядят как две половинки конической формы, обращенные друг другу вершинами конусов. Особенность конусов состоит в том, что они могут сходиться и расходиться в заданном диапазоне. Точнее, двигается один конус, а другой остается неподвижным. Движение шкивов на валах контролируется системой управления, которая получает данные от бортового компьютера автомобиля.

Также основными компонентами CVT являются:

  • гидротрансформатор (отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на первичный вал трансмиссии);
  • гидроблок (подает масло к вращающимся шкивам);
  • фильтры для защиты от выработки металла и отложений;
  • радиаторы (отводят тепло от коробки);
  • планетарный механизм, обеспечивающий реверсное движение авто.

Клиноременный вариатор

Клиноременной вариатор представлен двумя сдвигающимися и раздвигающимися шкивами, соединенными металлическим ремнем. За счет уменьшения диаметра ведущего шкива происходит одновременное увеличение диаметра ведомого, что свидетельствует о понижающей передаче. Увеличение диаметра ведущего шкива дает повышающую передачу.

Изменение давления рабочей жидкости влияет на перемещение конуса ведущего шкива. Ведомый шкив меняет диаметр благодаря натянутому ремню и возвратной пружине. Даже незначительное изменение давления в трансмиссии сказывается на передаточном отношении.

Устройство ремня

Ремень CVT в форме ленты состоит из металлических тросов или полос. Их количество может доходить до 12 штук. Полосы находятся друг над другом и скрепляются между собой при помощи стальных скоб. Сложная форма скоб позволяет не только скрепить полосы, но и обеспечить необходимый для работы трансмиссии контакт со шкивами.

Защита от быстрого износа обеспечивается покрытием. Оно же не дает ремню проскальзывать по шкивам во время работы. В современных автомобилях нерентабельно применять кожаные или силиконовые ремни по причине малого ресурса детали.

Клиноцепной вариатор

Клиноцепной вариатор похож на клиноременной, только роль передатчика между ведущим и ведомым валами играет цепь. За передачу крутящего момента отвечает торец цепи, который касается конической поверхности шкивов.

Принцип его работы точно такой же, как у трансмиссии с ременной передачей.

Устройство цепи

Цепь состоит из металлических пластин, каждая из которых имеет соединительные ушки. За счет подвижного соединения между собой пластины в конструкции цепи обеспечивают гибкость и сохраняют крутящий момент на заданном уровне. За счет расположенных в шахматном порядке звеньев цепь имеет высокую прочность.

Усилие на разрыв у цепи выше, чем у ремня. Пластины с ушками изготавливают из сплавов, противостоящих быстрому износу. Замыкаются они при помощи вкладышей, форма которых является полуцилиндрической. Конструктивная особенность цепей – они могут растягиваться. Этот факт сказывается на работе бесступенчатой трансмиссии, поэтому требует пристального внимания во время проведения планового ТО.

Тороидальный вариатор

Тороидальный тип коробки передач CVT встречается реже. Примечательная особенность устройства состоит в том, что вместо ремня или цепи здесь используются вращающиеся ролики (вокруг своей оси, маятниковыми движениями от ведущего шкива к ведомому).

Принцип работы заключается в одновременном передвижении роликов по поверхности половинок шкивов. Поверхность половинок имеют форму тороида, откуда и название трансмиссии. Если контакт с ведущим диском реализуется на линии наибольшего радиуса, то точка контакта с ведомым диском будет лежать на линии наименьшего радиуса. Такое положение отвечает режиму повышающей передачи крутящего момента. При перемещении роликов к ведомому валу происходит понижение передачи.

Как работает вариатор, общее устройство

Как отмечено, принцип работы вариатора полностью отличается от ступенчатых коробок. В основе этой трансмиссии лежит ременная передача.

Обычная передача такого типа состоит из двух валов, с установленными на них шкивами.

Передача вращения и усилия осуществляется ремнем. В такой передаче передаточное число – фиксированное и зависит оно от диаметров шкивов.

В коробке CVT же существует возможность изменять передаточные числа. Делается это за счет меняющихся диаметров шкивов.

Конструкция достаточно проста: имеется два параллельно расположенных вала. На них установлены шкивы, каждый из которых состоит из двух половин (тарелок).


Эти половины имеют конусную форму и могут перемещаться по валу относительно друг друга.

А работает все так: между конусными поверхностями шкивов помещен клиновидный ремень. При сведении или разведении половин шкивов, меняется их диаметр в месте контакта ремня.

То есть, при полностью сведенных половинах ремень движется практически по внешнему диаметру шкива, но при расхождении он проваливается между этими дисками.

Но таких шкива в конструкции вариатора два, а ремень удлиняться не может.

Вот и получается, что если у одного из шкивов половины расходятся, то у другого должны сходится, то есть работать они должны синхронно.

Таким образом и осуществляется изменение передаточного соотношения.

Но это только принцип работы. Конструктивно все выглядит значительно сложнее, хотя основными рабочими элементами остаются все те же шкивы и ременной привод.

Но в конструкцию дополнительно добавлено сцепление, электронная система управления, а также планетарный редуктор.

Поэтому коробка CVT состоит из:

  1. Электронной системы управления;
  2. Самого вариатора;
  3. Узлов и деталей, которые передают крутящий момент и включают нейтральную передачу;
  4. Планетарного механизма, для движения задним ходом.

В коробку CVT, в зависимости от производителя и модели, могут быть внедрены различные конструктивные решения, которые в большинстве случаев касаются сцепления.

Виды сцеплений:

  1. Вариатор Transmatic – автоматическое центробежное сцепление;
  2. Multimatic, Multitronic – мокрое сцепление, многодисковое с электронным управлением;
  3. Hyper – сцепление электромагнитное с электронным управлением;
  4. Autotronic, Extroid, Ecotronic, Multidrive, Lineartronic, Xtronic – с гидротрансформаторами.

В качестве сцепления зачастую выступает гидротрансформатор, такой же, как и на АКПП.

Гидротрансформатор работает при трогании машины с места, затем блокируется. Он очень мягко, без рывков, передает крутящий момент за что и получил большую популярность среди владельцев автомобилей.

Перемещением дисков шкивов управляет электронный блок, который следит за рядом параметров работы двигателя и самой трансмиссии и на основе этого подает команды на исполнительные механизмы.

К примеру, при начале движения необходимо обеспечить максимальное тяговое усилие, для чего половины ведущего шкива нужно максимально развести, а ведомого – свести.

По мере набора скорости блок управления меняет диаметры шкивов, снижая передаточное соотношение.

Планетарный же редуктор в конструкции необходим для обеспечения движения задним ходом.

Обслуживание

Отдельное внимание стоит посвятить обслуживанию вариатора. Этот процесс потребует регулярной проверки масла, а именно – его:

  • уровня;
  • состояния.

При этом очень важно учитывать, что при необходимости заливать можно только проверенные и зарекомендовавшие себя продукты. В противном случае вариатор мгновенно выйдет из строя

Нетрудно догадаться, что масло для CVT – особое. Данный продукт должен обеспечивать смазку взаимодействующих друг с другом поверхностей, а также предотвращать возможное проскальзывание элементов.

Часто менять масло не рекомендуется. Оптимальным вариантом станет замена при прохождении автомобилем около 60 тыс. км. Но это, если верить теории. Если же довериться практике, то лучше менять масло каждые 35 тыс. км пробега авто.

Как уже было отмечено, в процессе эксплуатации CVT нередко случаются:

  • сбои;
  • поломки.

Чтобы своевременно обнаружить неисправность, рекомендуется обращать внимание на поведение коробки передач. Так, например, выход из строя какого-либо датчика может повлечь за собой перевод вариатора в аварийный режим, что уже должно стать тревожным сигналом

В этом случае водителю рекомендуется как можно быстрее устранить неисправность. Игнорирование возникшей проблемы и дальнейшая эксплуатация транспортного средства приведут к поломке ремня вариатора и других элементов конструкции

Именно поэтому важно разбираться с тем, как работает вариатор на автомобиле

Таким образом, понятно, что любые обнаруженные отклонения от нормы требуют непременной реакции владельца авто. Если вовремя не устранить причину возникшей неисправности, можно столкнуться с затрудненной работой вариатора и его дальнейшей поломкой.

Типы вариаторов

Во многих узлах и агрегатах нашли широкое применение различные конструкторские решения вариаторов, которые плавно изменяют передаточное число от двигателя к колесам, но в автомобилестроении ужились пока только два их типа:

  1. Клиноременной;
  2. Тороидный.

Клиноременной

В основу устройства клиноременного вариатора входят два шкива конической формы и одна или двух ременная передача.


Ремень имеет клиновидную форму и может быть изготовлен из резины, набора металлических пластин или цепи. Но это только влияет на надежность работы всей системы, но никак на принцип ее работы.

Конструктивно предусмотрено раздвигание и сдвигание шкивов, благодаря чему и происходит изменение их диаметров.

Резиновый ремень.

Благодаря клиновидной формы ремня, последний соприкасается со шкивом боковыми сторонами, что обеспечивает надежную передачу вращательного момента продолжительное время (для резиновых ремней 50 000 км, но это еще не предел).

Изменение передаточного числа происходит за счет сдвигания и раздвигания, ведущего и ведомого шкивов.

При малых оборотах двигателя диски ведущего шкива разжаты, соответственно имеют малый диаметр. Ведомые диски, наоборот, сжаты и имеют больший диаметр.

При увеличении оборотов двигателя под воздействием центробежных сил и различных приводов, диски ведущего шкива сжимаются, а ведомого, наоборот, разжимаются, при этом уменьшается передаточное число.

Чтобы диаметры шкивов изменялись синхронно с возникающими нагрузками на двигатель, в автомобиле с коробкой CVT предусмотрена электронная система управления, которая также совместно управляет и работой планетарного редуктора и сцепления.

Планетарный редуктор обеспечивает движение автомобиля задним ходом, так как конструктивно вариатор не может обеспечить такое движение.

Благодаря электронной системы управления, после выхода автомобиля на крейсерскую скорость, CVT трансмиссия поддерживает те обороты двигателя, которые наилучшим образом будут подходить для хорошей динамики движения автомобиля.

Во время различных экспериментов было установлено, что оптимальный угол наклона внутренних стен шкива должен быть 20 градусов.

В разных устройствах сдвигание и раздвиганье шкивов происходит за счет гидравлики, пружин или центробежных сил.

Резиновые передачи в клиноременных вариаторах зарекомендовали себя плохо, поэтому сейчас в основном устанавливают передачи из цепи или металлических пластин.

Это в значительно мере повысило надежность и увеличило ресурс работы системы и уменьшило шумы во время движения авто.

Так же, как разновидность, существуют клиноцепные трансмиссии, передача крутящего момента в которых происходит с помощью металлической цепи в основе которой лежат специальные пластины, соединенные осями.

КПД взаимодействия со шкивами в таких устройствах в значительной мере выше, чем в обычных клиноременных вариаторов, а значит, потери вращательного момента в них минимальны.

Для управления используется специальный рычаг селектора.

Клиноременной вариатор устанавливается на многих зарубежных автомобилях, у каждого производителя он конструктивно может отличаться и иметь свое название, к примеру:

Тороидный вариатор

Как видно из рисунка тороидный вариатор состоит двух вращающихся в противоположные стороны соосных валов, имеющих тороидную (сферическую) форму.

Между валами зажаты ролики, их тоже видно на рисунке выше, которые изменяя свое положение меняют передаточное число от ведущего к ведомому валу, при этом крутящий момент передается от роликов к валам за счет сил трения.


Основной проблемой, влияющей на надёжность работы всей системы и на КПД передачи крутящего момента, является пятно контакта роликов со сферическими валами.

Усилие прижатия в пятне контакта может быть колоссальным, в некоторых вариаторах оно может достигать 10 т., поэтому, помимо того, что материал в них должен быть высокотехнологичным, система управления тоже должна быть очень надежной.

К примеру, на вариаторе Extroid, который применяется на некоторых моделях Nissan, установлен специальный гидравлический механизм, управляемый электроникой, перемещая ролики с диапазоном в микроны.

Вариаторная коробка передач

Как и любая другая коробка передач, вариатор – это устройство, преобразующее крутящий момент, поступающий от двигателя к колесам. Передача момента осуществляется бесступенчато, в определенном диапазоне регулирования. Довольно часто вариатор обозначают аббревиатурой  “CVT” (Continuously Variable Transmission), что в переводе с английского означает «трансмиссия с непрерывно изменяющимся крутящим моментом».

Типы CVT

В  зависимости от устройства выделяют следующие основные типы вариаторов:

  • цепные;
  • клиноременные;
  • тороидальные.

Клиноременный вариатор

Наибольшее распространение получил клиноременный вариатор CVT.

Клиноременный вариатор CVT состоит из клиновидного ремня, расположенного между двумя раздвижными шкивами. В процессе движения автомобиля шкивы то сжимаются, то разжимаются, обеспечивая изменение передаточного числа. Главная цель вариаторной коробки – обеспечение плавного бесступенчатого изменения крутящего момента. Это актуально для легковых автомобилей, мотороллеров, снегоходов и прочей техники.

Тороидный вариатор

В CVT мощность передается скошенными торцами осей звеньев цепи, а тянущее усилие передает цепь. В тороидных вариаторах вместо шкивов используются конусовидные диски, вместо ремня – ролики. Они способны передавать больший крутящий момент. Для изготовления деталей для данного типа CVT требуется высокопрочная сталь, что в итоге влияет на его стоимость.

Преимущества и недостатки CVT

Цепной вариатор

Главным преимуществом вариаторной коробки передач является возможность обеспечить непрерывное изменение крутящего момента. Это позволяет достичь лучших показателей расхода топлива и динамики автомобиля.

К недостаткам вариатора относятся:

  1. Невозможность его установки в автомобилях с мощным двигателем.
  2. Максимальные нагрузки, буксировка или систематическая езда на высоких оборотах приведут к быстрому износу ремня вариатора, а соответственно и к поломке CVT.

Основные ошибки при езде на вариаторе

Неправильный стиль вождения автомобиля с вариаторной коробкой обходится слишком дорого из-за необходимости преждевременной замены АКПП. Большинство изготовителей гарантируют нормальную работу вариатора до 200 тыс. км пробега. Однако нарушение рекомендуемых правил эксплуатации может сократить этот ресурс в 2–3 раза.

Резкий разгон и высокая скорость

Вариатор удобен в эксплуатации, обеспечивает плавное незаметное переключение передач и предназначен для водителей, предпочитающих спокойный стиль вождения. Резкие старты приводят к проскальзыванию шкива или цепных конструкций, что влечет за собой их перегрев и механическое повреждение. К такому же результату может привести и многократное резкое торможение. При длительном движении на скоростях, близких к максимальным, происходит интенсивный нагрев подшипников и всей конструкции CVT. Поэтому нормальная скорость не должна превышать 2/3 от предельной и увеличиваться только на момент обгона.

Движение по бездорожью

Сложные условия передвижения при отсутствии дороги с твердым покрытием создают вероятность пробуксовки колес с резким увеличением оборотов двигателя. Происходит то же самое, что и при резком старте с места, а следовательно, шкив быстро нагревается и изнашивается. Поэтому скорость автомобиля с вариатором в условиях бездорожья должна быть минимальной. Это позволит избежать пробуксовки и увеличить ресурс АКПП.

Транспортировка прицепов и автомобилей

Изготовители машин с коробками CVT не запрещают использование прицепов, но в инструкциях по эксплуатации часто можно прочитать дипломатичную фразу о том, что этот автомобиль предназначен для перевозки людей и багажа. Проблема буксировки прицепа заключается в том, что на силовой агрегат и АКПП при разгоне и торможении начинают действовать серьезные дополнительные нагрузки. Поэтому в той же инструкции производитель пишет: «Скорость движения при буксировке прицепа не должна превышать 70 км/час по городу и 90 км/час за его пределами». Кроме этого, приобретая прицеп, посмотрите в технических характеристиках вашей машины допустимую массу автомобиля. Загруженный прицеп вместе с авто не должен превышать этой величины.

Все вышесказанное относится и к случаю, когда приходится буксировать другую машину на тросе.

Буксировка автомобиля с вариатором

При невыполнении определенных правил буксировка может стать причиной серьезной поломки. Если же требуется транспортировка машины с CVT, то сразу вызывайте эвакуатор. Тащить вариатор на буксире крайне нежелательно.

В исключительных случаях, когда нет возможности воспользоваться эвакуатором, разрешается буксировка на расстояние не более 50 км, при соблюдении следующих пунктов:

  1. Двигатель автомобиля должен быть в заведенном состоянии.
  2. Ручка селектора переведена в положение нейтраль «N».
  3. Буксировка выполняется на скорости не более 50 км/ч.

Вредные факторы

Перед тем, как купить машину с вариатором, следует для себя уяснить некоторые моменты того, чего коробка не любит и это однозначно скажется на снижении ресурса:

— агрессивную езду;

— движение с непрогретой коробкой;

— монотонные движения в пробках;

— быструю езду по трассе (в таком режиме греется сильнее всего);

— буксировку другого авто или прицепа.

— пробуксовку колес с резким «зацепом» за твёрдое покрытие.

Если кратко, то вариатор плох тем, что терпеть не может резкие и монотонные нагрузки и большой крутящий момент. Логично предположить, что и масса автомобиля тоже играет большую роль. Чем больше вес машины, тем больше нагрузка на трущиеся части. Однако, это не всегда так. Зачастую крупные машины с моментными двигателями комплектуются более прочными цепными CVT, как например, Infiniti JX, Nissan Murano и Nissan Teana с двигателем 3.5 литра.

Отсюда возникает логичный вопрос. Не слишком многого вариатор от нас хочет? Традиционные автоматы не такие хлипкие. Выбирайте. Просто учитывайте, что за экономичность и полноценную реализацию крутящего момента двигателя бесступенчатая трансмиссия с вас возьмет плату.

Покупка подержанного автомобиля с CVT наиболее опасна, так как проверить остаточный ресурс вариатора безразборным методом невозможно, останется уповать только на то, что предыдущий владелец ездил аккуратно и обслуживал как надо. Есть, конечно, способы самостоятельной проверки вариатора. Но гарантий никто не даст. Даже официальные дилеры полагаются на то, если машина едет без приключений, ошибок нет, значит коробка исправна. Придется жить либо в надежде, либо в ожидании. Уверенность в завтрашнем дне не для владельцев вариатора.


С этим читают