Что значит вариаторный двигатель

Что такое коробка вариатор: конструктивные особенности, преимущества и недостатки

Коробка вариатор – это бесступенчатая трансмиссия, которая способна плавно изменять передаточное число. В отличие от ступенчатых КПП (механическая коробка, гидромеханическая АКПП или роботизированная трансмиссия), вариатор не имеет так называемых фиксированных передач.

Под фиксированными передачами (ступенями) следует понимать входящие в зацепление друг с другом шестерни. Далее мы рассмотрим устройство вариатора и принцип работы трансмиссии данного типа, а также какие преимущества и недостатки имеет вариаторная коробка передач.

Недостатки и достоинства

Слабыми местами автомобильных вариаторов являются: для клиноременного — ремни, для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов высокой, близкой к надежности коробок «автомат».

Из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы не могут работать с двигателями большой мощности и на автомобилях для перевозки грузов. Если для грузовиков вариаторы непригодны, то для легковых машин приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий будущее, тем более технологии не стоят на месте.

Если сравнить динамические характеристики автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одном и том же автомобиле разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой? Все дело в привычке — многие недовольны, что машина с вариатором «все время ноет на одной ноте».

Большинство привыкли к нарастающему шуму мотора и фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом деле, при нормальной настройке блока разгон происходит быстрее.

Осознанный выбор брендов мирового масштаба

Именитые производители уже признали аналог автоматической трансмиссии надежным и уже даже стали изготавливать их. А чтобы не было путаницы в этой массе механизмов, каждая компания нарекла продукцию фирменным именем:

• Subaru — бесступенчатый вариант в лице «Lineartronic».
• Honda производит «Multimatic».
• Mercedes-Benz — «Autotronic».
• Audi — «Multitronic».
• Toyota — «Multidrive».
• Nissan — изготавливает две разновидности:
  • «X-Tronic».
  • «Hyper».
• Ford — как и у бренда выше, у этой известной фирмы тоже собственная линейка, состоящая из двух моделей:
  • «Ecotronic».
  • «Durashift CVT».

Как проверить при покупке автомобиля вариатор в нем или автомат? Чтобы потенциальные владельцы понимали, какое именно перед ними транспортное средство (с АКПП или альтернативной ее версией), оно обозначается дополнительным индексом CVT в названии. Полностью аббревиатура расшифровывается так: постоянно изменяющаяся трансмиссия или оригинальный вариант — Continuously Variable Transmission.

Коробка вариатор — что это такое

То, что КПП автомобилей непрерывно усовершенствуются, можно заметить по постоянно обновляющихся версиях дорогостоящих авто, многие из которых оснащены вариатором.

Коробка вариатор — что это такое? Вариатор (вариаторная коробка переключения передач, CVT) — такой вид трансмиссии, которая представлена бесступенчатым механизмом.

Переключение передач вручную при этом не требуется. Также этот механизм обеспечивает плавное изменение передаточного числа.

Вариаторная коробка не имеет ограничений в количестве передач, и не имеет зубчатых шестерен, как автоматическая.

Это обеспечивает незаметное переключение передач без толчков при ускорении.

Принцип работы вариаторной коробки передач

Суть работы вариатора такова: имеются два конусных шкива (ведущий и ведомый), они находятся друг напротив друга и соединяются между собой металлическом ремнем или цепью.

Шкивы имеют не цельную конструкцию. Они состоят из движимых частей.

В момент, когда ведущий шкив раздвинут по максимуму, ремень ходит по наименьшему диаметру (т.е. низкая передача, соответствующая первой передаче).

Когда шкив сдвинут, то ремень может ходить по большему диаметру, чем обеспечивается высокая передача (равносильна пятой или более высокой передаче).

Таким образом, при изменении толщины ведущего и ведомого валов, не возникает ощущение переключения передачи из-за непрерывной смены крутящего момента.

Различают несколько типов вариаторов:

• клиноременный (используется перемещаемый ремень для достижения нужной передачи);
• клиноцепной (крутящий момент передается торцом цепи при ее точечном соприкосновении с коническими дисками);
• тороидный (крутящий момент передается трением рабочих поверхностей роликов и колес).

Коробка передач вариатор устроена так:

1. Механизм, обеспечивающий моментальную передачу крутящего момента, а также разъединения двигателя с трансмиссией («нейтралка»).

Есть варианты использования таких механизмов для коробок передач:

• автоматическое сцепление центробежное;
• сцепление электромагнитное (электронное управление);
• многодисковое сцепление мокрое (электронное управление);
• гидротрансформатор.

Большинство производителей используют последний тип механизма для своих вариаторных коробок передач.

1. Вариатор.
2. Механизм, который позволяет двигаться автомобилю назад (задний ход).
3. Внешняя система управления.

Это общее строение вариаторной коробки передач характерно для всех производителей, отличия могут быть лишь в дизайне и названиях.

К примеру, бренд Mercedes-Benz производит для своего модельного ряда КПП Autotronic, а Toyota – Multidrive.

Коробка вариатор и автомат: в чем разница

Такие коробки переключения передач, как вариатор и автомат, нашли своих поклонников.

Есть среди них те, что очень довольны своим выбором и те, что ожидали большего результата.

Вариатор

К положительным качествам коробки относится то, что при ее работе мощность двигателя эффективно используется за счет согласования нагрузки на авто с оборотами коленвала, другими словами — двигатель не перегружается из-за своевременной реакции компьютера. Так достигается экономичность потребления топлива.

Главным недостатком выделяют сложность в сервисном обслуживании (из-за сложности конструкции многие автосервисы не берутся за ремонт таких коробок) и использование лишь на легковых автомобилях в силу их ограниченной мощности. После каждых 120-150 тыс. км требуется замена металлического ремня на шкивах.

Автомат

Автоматика (Automatic Transmission) также самостоятельно может переключать передачи в зависимости от нагрузки на двигатель.

Так как все происходит «на автомате», то водитель имеет возможность не обращать внимания на передачи и наслаждаться ездой. Обычно имеет около восьми передач.

Недостатком является также сложность в сервисе. В случае выхода из строя такой коробки, ремонтные работы займут достаточно длительное время и будут дорогостоящими.

Еще один минус автоматики — низкий КПД, из-за чего возрастает количество расходуемого топлива.

Итак, коробка вариатор и автомат: в чем разница? Можно выделить некоторые пункты, которые обозначают данные различия:

• КПД и количество расходуемого топлива;
• динамика разгона.

К особенностям обслуживания еще можно добавить и то, что вариатор требует своего особого масла (специальной жидкости), которое не является универсальным, а выбирается в зависимости от используемого механизма внутри коробки.

Хотя из плюсов отмечают его нечастую замену, в автоматической коробке масло меняют чаще.

Что лучше: вариатор или автоматическая коробка передач

Выбирая оптимальный вариант КПП, обращают внимание как на комфорт при использовании, так и на ее обслуживание.

Вариатор имеет плавный разгон без каких либо провалов, то, что автомобиль набирает скорость, можно услышать лишь по слегка нарастающему звуку двигателя.

Ведь вариатор набирает обороты гораздо быстрее и не создает неприятных «рваных» ощущений. Также такая коробка передач не подведет тех пользователей авто, что имеют малый опыт вождения.

Но, рассмотрев выше минусы такой коробки, к ним можно добавить еще и то, что трансмиссия слишком зависима от состояния многих систем автомобиля – датчик коленвала, скорости, давления, ABS.

При выходе из строя хотя бы одной системы, вариаторная КПП может работать некорректно и доставить автовладельцу массу проблем.

Более привычной и надежной КПП владельцы автомобилей считают автомат, прощая такой коробке некоторый дискомфорт по сравнению с вариатором.

Автомат используется гораздо чаще, и им, зачастую, оснащают более габаритные автомобили, чем легковые.

Также автоматическая коробка передач может использоваться для буксировки других авто, вариатору такой вариант не подходит.

Для ценителей резкой и агрессивной езды автомат подойдет больше, чем вариатор, так как есть возможность пробуксовки и быстрого старта (из-за изменения количества оборотов).

Делая выводы о том, что лучше – вариатор или автоматическая коробка передач, следует учитывать личные предпочтения и предыдущий опыт вождения.

К примеру, автовладелец, который приобрел авто с автоматом, но до этого использовал механику, будет вполне им доволен.

Однако, после использования вариатора, автомат может запросто не прийтись по вкусу водителю.

4. Инструкция по работе вариатора

На ручку переключения МКПП нанесены буквенные обозначения. Вот что означают данные литеры:

P — режим парковки. Рукоять ставится в данное положение при длительной стоянке автомобиля. В этом же положении рычаг должен находиться и при зажигании;

D — эта литера означает движение;

N — это нечто вроде нейтралки. Рычаг должен находиться в этом положении во время осуществления парковки на наклонной местности;

В некоторых марках автомобилей используются еще следующие позиции и режимы:

S — спортивный. Мотор работает на максимальных оборотах;

Устройство и принцип работы вариаторной коробки

Коробка вариатор состоит из следующих устройств:

• Механизм, передающий крутящий момент от двигателя на вариатор. Он же заведует разъединением двигателя и коробки — нейтральной передачей;
• Собственно вариаторный механизм;
• Электронная система управления;
• Механизм, обеспечивающий движение задним ходом.

Для соединения и разъединения двигателя с коробкой применяют несколько видов сцепления:

• Гидротрансформатор, являющийся наиболее применяемым устройством;
• Мокрое многодисковое сцепление под электронным управлением;
• Автоматическое центробежное сцепление;
• Электронное электромагнитное сцепление.

Наиболее часто совместно с вариатором применяется гидротрансформаторное сцепление. Такое сочетание обеспечивает наибольшую плавность передачи крутящего момента и, значит, большую долговечность механизма.

Чтобы понять, как работает коробка вариатор, стоит обратить внимание на велосипед, имеющий возможность переключения скоростей. Между двумя звездочками натянута цепь, которая передает крутящий момент. Задние звездочки имеют различный диаметр, и при выборе одной из них создается необходимое усилие для передвижения. Чем больше разница в диаметрах между ведущей и ведомой звездами, тем выше скорость движение. Чем меньше разница — тем больше тяговый момент, необходимый для преодоления сложных участков дороги. Такое же принципиальное действие заложено в вариаторе, только вместо звездочек и механизма, жестко переключающего передачи, используются раздвижные шкивы, состоящие из двух конусов, имеющих возможность перемещаться относительно друг друга по одной оси. Вместо обычной цепи в вариаторе работает клиноременная передача или специальная наборная цепь, состоящая из наборных пластин, соединенных между собой осями.

Клиноременный механизм

Самым распространенным на сегодня является клиноременный механизм. Такое устройство состоит из двух шкивов, соединенных между собой одним, реже двумя клиновидными ремнями. Шкивы состоят из конусов, способных передвигаться относительно друг друга при помощи актуаторов, которые приводятся в действие гидравлическим насосом. Насос, в свою очередь, работает под управлением электроники, центробежной силы или под усилием пружин. Конические диски, перемещаясь относительно друг друга, изменяют диаметр шкива, тем самым меняя передаточное число коробки передач. Угол наклона конусов в 20 градусов обеспечивает наилучшее сцепление ремня со шкивами с наименьшим сопротивлением.

Раздвижной шкив

Изначально коробка вариатор имела резиновый клиновидный ремень, передающий тяговое усилие. Такое устройство не позволяло передавать высокий крутящий момент, обладало малой долговечностью и большим радиусом изгиба (более 90 мм), что давало малый разбег регулирования.

Но с изобретением гибкого металлического ремня, эти недостатки были решены. Сейчас большинство автомобилей с вариаторной коробкой имеют ремень на металлической основе. Такое устройство ремня, состоящее из набора большого количества металлических пластин определенной формы, напоминает много бабочек, сидящих на ветке. Связаны они между собой гибким соединением, позволяющим значительно уменьшить радиус изгиба до 30 мм, повысить долговечность и прочность передающего устройства. Благодаря металлической основе удалось начать применять коробки вариаторы на автомобилях, имеющих большую мощность, чем раньше.

Клиноцепной механизм

На вариаторах, установленных на автомобилях Audi, впервые была применена специальная цепная передача, получившая название клиноцепной. Такое цепное устройство состоит из набора металлических пластин, соединенных осями. Передача крутящего момента в такой коробке осуществляется при контакте торцевыми поверхностями цепи с дисками шкивов. В этих местах образуются повышенные нагрузки с высокими температурами. С нагрузками изобретатели справились применением специальной подшипниковой стали, а с высокими температурами — принудительным охлаждением трансмиссионной жидкости, применяемой в вариаторе. Благодаря высокой гибкости цепи, удалось сократить радиус изгиба до 25 мм, расширив диапазон передаточных чисел клиноцепной коробки по сравнению с клиноременной передачей.

Управляющие устройства

В силу своих конструктивных особенностей, вариаторная передача не дает возможности движения задним ходом. Такая особенность потребовала установки дополнительных механизмов. Обычно для этого используется планетарный редуктор, принцип действия которого подобен автоматической коробке передач.

Все управление вариатором осуществляется при помощи электронных устройств, передающих информацию от множества датчиков. На его работу влияют обороты двигателя, ABS, датчики уровня давления в шинах и прочие. Собирая всю эту информацию, коробка вариатор выбирает необходимое передаточное число, соответствующее минимальному расходу топлива с оптимальным тяговым усилием, нужным для преодоления дорожных условий. Раздвигая, сдвигая конусы обоих шкивов, электронике удается добиться результатов динамики и экономии топлива, приближенных или даже превышающих показатели автомобилей с механической коробкой передач.

Устройство вариатора

Ресурс вариатора и что может ломаться

Это отдельный пункт, который требует особого разбора. Дело в том, что даже отличающийся по конструкции и принципу действия вариатор сvt всё же, как и его «автоматический» собрат, нуждается в периодическом обслуживании и замене расходуемых жидкостей.

Но в отличие от того же «автомата», использование ремневого трапециевидного захвата двоих воротов подразумевает его сервисную замену. Если исправно проверять свою коробку, проводить диагностическую замену масла, ресурс вариатора, а если быть точнее, то ремня составит порядком 120-160 тысяч километров. Дальнейшая эксплуатация ремня по истечению ресурса его действия чревата разрывом последнего, что в свою очередь может привести к аварийным и катастрофическим последствиям.