Что такое вариатор в автомобиле, виды, устройство

Содержание

Что такое вариатор на автомобиле

Необязательно быть владельцем автомобиля с вариатором, чтобы столкнуться с понятием «вариативная коробка передач», например, просто рассматривая различные автомобильные журналы или сборники характеристик моделей машин. Стандартным автоматом уже давно никого не удивить, а механикой — тем более. Вариатор пока остается диковинкой, поэтому услышать о нем в обычном мужском разговоре можно не так часто. Хотя вариативная коробка передач вовсе не является новым изобретением известных автомобильных корпораций, принцип работы механизма разработали несколько столетий назад.

Первым, кто задумался о принципе работы вариатора и создал его, был самый загадочный изобретатель — Леонардо да Винчи — в далеком 1490 г. А вот запатентована эта придумка была только в XIX веке (во второй его половине). Примечательно, что первое действующее транспортное средство с такой коробкой передач было создано спустя 500 лет после его изобретения — в 50-х годах двадцатого века. Подобную трансмиссию впервые установили на легковые автомобили DAF (в то время компания еще специализировалась на создании легковых и грузовых авто). Позже подобие вариатора устанавливали на машины Volvo, но особой популярности такой тип трансмиссии не получил. Зато в нынешнее время вариатор пользуется спросом.

Бесступенчатая трансмиссия (вариатор) имеет аббревиатуру CVT (сontinuously variable transmission — бесступенчатый переключатель скоростей). Принцип работы вариатора на автомобиле — плавно передавать крутящий момент от мотора к колесам (или прочим движимым частям, например, винтам), без переключения скоростей. При этом бесступенчатая КПП автоматически меняет трансмиссионное соотношение по определенной программе или вручную.

Важно подчеркнуть, что в принципе работы CVT (в отличие от роботизированной КПП и АКПП) нет переменных передач, то есть при движении автомобиля не наблюдаются привычные толчки при смене передачи, а набор скорости имеет плавный и четкий ход.

История

Первые наброски бесступенчатой вариаторной трансмиссии (СVT – Continuous Variable Transmission – Постоянно Изменяемая Трансмиссия) можно найти в работах Леонардо да Винчи, датированных примерно 1490 годом. Неизвестно, нашёл ли применение тогда этот принцип, но в Европе к теме вернулись уже в 19 веке – в 1886 году выдан европейский патент на тороидальный вариатор.

В 1910 году мотоцикл Zenith с патентованной вариаторной трансмиссией Gradua-Gear настолько успешно участвовал в гонках Hill Climb, что трансмиссии подобного типа были запрещены в этих гонках для сохранения конкурентоспособности традиционных КПП.

В 1912-ом на мотогонках Tourist Trophy та же судьба постигла британцев Rudge-Whitworth с их системой Rudge Multigear. Официальная формулировка также содержала отсылку к необходимости поддержания интриги в гонке.

Запреты вариаторов в спорте продолжались до конца века – так, в 1994 году вариаторы были запрещены в Формуле-1 ввиду опасений, что одна из команд может в будущем получить огромное преимущество, разработав достаточно эффективную трансмиссию на вариаторном принципе.

История вариатора на легковом автотранспорте начинается с 1928 года. Именно тогда третий по величине британский автопроизводитель Clyno Engineering Company устанавливает на автомобиль вариаторную трансмиссию собственной разработки – впрочем, не очень надёжную и эффективную ввиду отсутствия на тот момент необходимых технологий и материалов.

В 1958 году голландский производитель DAF, ныне известный нам по грузовым автомобилям, презентовал легковую машину DAF 600 с вариатором собственной конструкции Variomatic, которая после приобретения патентов компанией Volvo стала называться VDT (Van Doorne Transmissie– в честь владельца компании DAF Губерта Ван Дорна, самостоятельно разработавшего систему). Машина была интересна ещё и тем, что обеспечивала возможность торможения двигателем – для перевода трансмиссии в этот режим достаточно было переключить тумблер на приборной панели. Именно DAF является первым массовым автомобилем с вариаторной трансмиссией.

В конце 80х годов доработанный японскими инженерами вариатор продолжил наступление в нише компактных автомобилей. Знаковым автомобилем стала нацеленная в том числе на американский рынок Subaru Justy с электронным управлением вариатором. Несмотря на ограниченную популярность модели, вариаторы на автомобилях марки продолжали использоваться и в дальнейшем.

Nissan, также начавший эксперименты с бесступенчатыми трансмиссиями на малолитражке March в 1990х, в итоге стал устанавливать на полноразмерные автомобили – примером тому была Nissan Altima с 3,5 литрами под капотом.
До того одним из недостатков вариатора считалась именно неспособность работать с большими крутящими моментами.

В результате непрерывного совершенствования вариаторов сегодня мы можем наблюдать надежно работающие вариаторы как на мощных Nissan и Audi, так и на конструкциях, далеких от автомобильного мира: например, трансмиссия вариаторного типа ставится на японский основной боевой танк Type 10 весом в 48 тонн и мощностью силовой установки 1200 л.с.

Устройство вариатора

Рассмотрим схематичное устройство вариаторной коробки.

Вариаторная коробка передач состоит из:

устройства для асинхронизации двигателя и коробки (используется в момент трогания с места);
самго вариатора;
устройства для обеспечения реверса (обычно это редуктор);
электронного блока управления;
гидронасоса.

Достоинства и недостатки вариатора

Крупнейшие автомобильные компании наладили производство модификаций CVT, изготовляемых на собственных предприятиях. Чтобы как-то отличать их от других коробок передач, каждая компания придумала определенные названия агрегату. Вариаторы «Ecotronic» и «Durashift CVT» — производитель Ford, «Multidrive» — Toyota, «Lineartronic» была сконструирована Subaru. Некоторые компании создали по два вида вариатора: «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan. «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz.

Принцип работы любого технического изобретения имеет свои недочеты, исключением не стал и вариатор. Все недостатки его работы, конечно, стараются устранить, но пока они еще присутствуют, следует о них рассказать:

Такие трансмиссии не используют в мощных автомобилях, хотя есть несколько удачных примеров именно с вариаторами.
Ремонт коробки с принципом вариатора обойдется очень дорого, ко всему прочему, не на каждом СТО смогут произвести починку деталей. Найти квалифицированного механика, который разбирается именно в такой системе переключения передач, очень трудно.
Работа CVT в автомобиле зависит от показаний различных приборов, и если хоть один из них окажется неисправным, может произойти сбой всей программы контроля трансмиссии.
Наполнять аппарат нужно только специальной жидкостью, уровень которой нужно все время контролировать. Она стоит очень дорого в сравнении с другими аналогами, подходящими именно для коробок передач.
Оказывается большая нагрузка на коробку передач.
Для автомобилей с CVT есть ряд ограничений для буксировки и при использовании прицепа.

Но машина, оснащенная коробкой передач по принципу вариатора, имеет массу преимуществ:

Комфорт во время движения.
Мягкий ход автомобиля, быстрый набор скорости и торможение без толчков (как в механической или автоматической трансмиссии).
Стабильные показатели даже при долгой работе мотора.
Экономия топлива, благодаря оптимальной нагрузке на мотор и рассчитанному принципу работы автомата.
Сниженные показатели выхлопных газов во время движения по сравнению с автомобилями с обычной коробкой или коробкой-автоматом.
Безопасное движение по обледенелым трассам, вариативная коробка исключает пробуксовку.
Компьютерное управление работой мотора увеличивает время его эксплуатации и спасает от частых ремонтов.
Принцип работы вариатора позволяет автомобилю ехать почти без шума, в отличие от автомата и МКПП.

Отличия от автомата

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

Отличие вариатора от классической АКПП — видео

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

Виды вариаторов

Есть несколько видов вариаторных коробок:

клинноременная,
тороидная,
цепная.

Рассмотрим устройство первых двух, являющихся наиболее популярными.

Клинноременный вариатор

Это наиболее распространенный тип вариаторных коробок. Клинноременный вариатор состоит из двух шкивов (ведущего и ведомого), соединенных между собой клиновидным ремнем из металла.

Каждый из шкивов состоит из двух дисков конусовидной формы, обращенных друг к другу острыми концами. Эти конусы могут двигаться навстречу друг другу и обратно. Во время движения конусов относительно друг друга плавно меняется диаметр шкива, что приводит к к увеличению или уменьшению силы трения при перемещении ремня и изменению радиуса огибания ремнем шкивов и тем самым — к плавному изменению передаточного числа.

Диаметр шкивов синхронно регулируется электронным модулем управления в зависимости от работы силового агрегата.

Ремень в клиноременной коробке вращается только в одну сторону, что обеспечивает движение автомобиля только вперед. Для езды задним ходом предусмотрено редукторное устройство, которое отвечает за изменение направления вращения выходного вала.

Ремень в клиноременном вариаторе имеет непростое строение и представляет собой наборную металлическую ленту, состоящую из стальных лент меньшего размера и имеющих сложное сечение. На этих лентах в большом количестве располагаются тончайшие поперечные металлические пластинки трапециевидной формы, которые своими краями обращены к шкиву. Такое строение позволяет сохранять жесткость ремня в любой момент времени и на всем протяжении его длины.

Для смазки ремня используется специальная жидкость, которая изменяет свое фазовое состояние под действием возрастающего давления в месте соприкосновения со шкивом. Это позволяет стальному ремню сохранять сцепление со шкивом без проскальзываний, несмотря на крайне малую площадь контакта.

Клиноцепной вариатор

Вместо ремня в такой конструкции используется цепь. Отсюда и название вида. Звено такого устройства представляет собой несколько пластинок, которые между собой объединяются цилиндрическими осями. Они обеспечивают наименьший радиус изгиба. Цепь изготовлена из высокопрочной стали, так как при работе постоянно находится в контакте с конусовидными дисками и претерпевает сильные нагрузки. Такая работа сопровождается высокими температурами, и чтобы их снизить в вариаторе предусмотрели охлаждение жидкости в принудительном порядке.

За счет использования цепи удалось уменьшить радиус изгиба, он может быть 25 мм, поэтому такой вид вариатора имеет больший диапазон передаточных чисел. Клиноцепной вид отличается от своих аналогов наибольшим КПД, но из-за этого имеет и самую высокую стоимость. Такой вариатор был впервые применен на моделях Audi.

Тороидный вариатор

Состоит из двух дисков клиновидной формы, направленных друг к дугу узкими концами. Диск, идущий от двигателя, является ведущим, диск, направленный к кардану — ведомым. Между этими дисками располагаются ролики, которые вращаются вокруг своих осей и двигаются от одного диска к другому.

Крутящий момент передается за счет силы трения, которая возникает между поверхностями дисков и роликов. Положение роликов определяет передаточное число в вариаторе. Сейчас тороидные коробки практически не применяются при сборке автомобилей из-за своей сложной технологии и низкой надежности, уступив более практичным клинноременным коробкам.

Советы по эксплуатации

Чтобы правильно управлять машиной с вариаторной трансмиссией, надо знать режимы работы агрегата:

P — режим парковки. Его применение допускается при длительной стоянке авто. Все управляющие компоненты агрегата при активации этого положения блокируются. Автомобиль останавливается педалью тормоза, селектор устанавливается в соответствующее положение, затягивается стояночный тормоз, затем отпускается и опять выжимается тормоз. После выполнения этих действий можно включить рычаг коробки в положение паркинга. Важно соблюдать эту последовательность, поскольку в вариаторных трансмиссиях при парковке выполняется блокировка вала, а не колес.
D — режим «Драйв». Основное положение в работе любого вариатора. Этот режим используется для езды машины вперед с плавным переключением скоростей.
N — нейтральная передача. Ее нельзя включать при стоянке в пробках. Активация нейтральной скорости допускается при постановке машины на спуске.
L. При активации этого режима обеспечивается работа силового агрегата на повышенных оборотах, при этом эффективность торможения мотором будет максимальной. Использование положения L допускается при езде в тяжелых условиях, к примеру, на подъемах или по сельской местности.

Как правильно ездить на автомобиле с вариатором

В коробке передач CVT при эксплуатации водителю не нужно переключать передачи, как в случае с МКПП. Машины с вариатором отличаются быстрым набором скорости, отсутствием рывков, экономным расходом топлива и высокой экологичностью.

Режимы включения вариатора

Управлять автомобилем с вариатором можно с помощью ручки КПП с положениями — «Р», «R», «D», «N» и «L». Для поездки достаточно перевести селектор в нужное положение и нажать педаль газа. В процессе эксплуатации ручка переводится в требуемую позицию.

Положения селектора АКПП и их особенности:

Движение вперед — «D». Стандартное положение коробки передач, основное для водителя. После его включения машина сама двигается вперед и меняет передаточное число с учетом скорости.
Движение задним ходом — «R». Особенность вариаторной коробки — отсутствие реверсного движения вала. Для движения назад предусмотрены дополнительные узлы, подключаемые при переводе ручки в положение «R». Его включение происходит при полной остановке авто. В некоторых машинах для защиты нужно дополнительно нажать на кнопку селектора (срабатывает только на стоящей машине).
Нейтраль — «N». Особенность этого режима коробки передач — разъединение с двигателем. Применяется для длительной остановки и пуска двигателя авто. При кратковременных паузах в движении использование «N» не рекомендуется.
Парковка — «P». Перевод в это положение блокирует ведомый вал транспортного средства и исключает его случайное перемещение. Используется для стоянки автомобиля. Дополнительная особенность — активация после нажатия на тормоз и включения ручника.
Ручное управление — «+» и «-». В автомобилях с коробкой вариатором доступно самостоятельное переключение скоростей. Устройство имитирует изменение передаточного числа, а контроль процесса все равно остается за электроникой.

Если есть сомнения в работе вариатора, нужно уточнить особенности его эксплуатации, можно обратиться к специалистам из «Центра по ремонту вариаторов №1».

Получить дополнительную информацию можно по телефонам: Москва – 8 (495) 161-49-01, Санкт-Петербург — 8 (812) 223-49-01. Принимаем звонки из всех регионов страны.

Дополнительные режимы

Особенность современных вариаторных АКПП состоит в наличии нескольких дополнительных режимов эксплуатации:

Спорт — «S». Особенность опции — улучшение динамики при нажатии на газ, задержка при смене скорости и возможность дольше ехать на повышенных оборотах.
Сложные условия — «L». При переводе передние колеса показывают максимальную тягу. Режим используется при буксировке, движению по бездорожью.
Эконом — «Е». Главная особенность в ориентации на снижение расхода топлива. Функцию контроля берет на себя автоматика.

Пуск двигателя

Заводить мотор можно при нахождении селектора в положении «N» или «P». В первом случае обязательно нажимается тормоз, а во втором этого делать не нужно.

При эксплуатации авто после продолжительного простоя смазка роботизированных коробок и других видов АКПП стекает в поддон. Масло постепенно застывает и становится густым, из-за чего вариатор первое время работает «всухую».

Что делать, чтобы вариатор вошел в нормальный ритм работы?Стоит подождать 2-3 минуты, пока коробка передач прогреется.

Начало движения

Для начала движения нажимается тормоз, после чего ручка АКПП переводится в положение «R» или «D» в зависимости от того, в каком направлении необходимо перемещаться.

При краткосрочных остановках достаточно нажимать на тормоз без перевода рукоятки из позиции «D» в «N». При длительной паузе в движении разрешено перемещение селектора в «нейтралку».

Маневрирование и повороты

Особенность коробки CVT — чувствительность к скачкам оборотов двигателя, поэтому трансмиссия будет сама подбирать подходящий режим/скорость с учетом дорожной ситуации.

Как правильно маневрировать на авто с вариатором?При обгоне другого транспортного средства необходимо добавить оборотов, а уже после переходить к обгону. Рекомендация относится именно к выполнению маневров. Необходимо нажать на газ в момент поворота рулевого колеса.

Транспортировка и буксирование

Транспортировка тяжелых прицепов в ходе эксплуатации может привести к проблемам с вариатором. Такая АКПП не любит больших нагрузок и быстрей изнашивается. На практике допускается использование авто с вариаторной коробкой для перемещения прицепа весом до 1000 кг.

В особенностях эксплуатации вариатора часто упоминаются требования к буксировке. Если необходимо выехать из сугроба, разрешено применение гибкой/жесткой сцепки. Двигатель должен работать, а селектор находиться в позиции «N». Оптимальное решение — буксировка посредством частичной погрузки.

Эксплуатация при низких температурах

Для продления срока службы CVT важно правильно пользоваться коробкой передач зимой и прогревать ее перед началом движения. Перемещать селектор во все положения не рекомендуется. Лучше на несколько секунд установить рукоять в позицию «N» для прогрева муфты.

Особенности эксплуатации:

Чем ниже температура на улице, тем дольше должен быть прогрев. При -20 °С желательно уделить нагреву не менее 20-30 минут.Первое время придерживаться спокойной манеры езды.Движение начинать только после достижения нужной температуры.

В некоторых автомобилях предусмотрены нагреватели. Их особенность — питание от обычных розеток 220 В и предварительный нагрев системы, что важно в процессе эксплуатации.

Температура, градусов Цельсия	Прогрев на стоянке, мин	Нагрев в движении, мин
0 и выше	нет	нет
от -5 до 0	нет	3-4
от -5 до -10	3-5	5-7
от -10 до -15	5-10	10-15
от -15 до -23	10-15	15-20
от -23 до -30	15-20	20-30
от -30 до -35	20-30	30-40

При температуре ниже 35 эксплуатация на свой страх и риск. Рекомендуется применение предпускового подогрева.

Как управлять вариатором в пробке

Выбор режима работы CVT зависит от особенностей эксплуатации, а именно продолжительности нахождения в статическом положении. Если остановка затягивается на долгое время, можно перевести ручку в положение «N» или «P», когда авто стоит под наклоном.

При непродолжительной остановке достаточно оставаться на режиме «D» и нажимать на тормоза.

Стоит ли покупать автомобиль с вариатором

Для принятия решения нужно обязательно проехать на таком автомобиле и почувствовать как он набирает скорость, как замедляется, какой шум двигателя при этом.

Если вам нравится расслабленная езда в спокойном стиле по относительно хорошим дорогам, то вариатор вполне оправдает ваши ожидания.

Если вы планируете часто ездить по бездорожью, любите наслаждаться быстрым разгоном и высокой скоростью, скорее всего лучше остановить свой выбор на «механике» или «автомате».

В пользу вариатора будет говорить нулевой или совсем небольшой (до 50 000 км) пробег автомобиля. Если автомобиль с большим пробегом, то у него могут иметься проблемы с вариатором, что потребует дорогого ремонта.

Как ремонтируют вариатор

Если починка целесообразна, производится шлифовка конусов и устранение задиров, а также замена ремня на новый. Подшипники конусов можно приобрести отдельно. Их посадочные поверхности изнашиваются, но это исправляют установкой чугунных гильз. Ремонт гидроблоков смысла не имеет — максимум можно поменять неисправные соленоиды.

Неисправности и ремонт

Починить вариатор «на коленке» вряд ли получится. Потребуются хорошие знания матчасти, набор инструмента и приспособлений, немалый опыт и владение вопросами приобретения запчастей и ремкомплектов. Хотя наиболее распространённые модели уже достаточно изучены. Как и причины выхода трансмиссии из строя:

утратившее свои качества масло при несвоевременной замене нарушает работу гидроблока, ремень проскальзывает, разрушает поверхность шкивов, и начинаются рывки при работе;
иногда срезаются механические детали из-за стремления производителей к компактности;
не отличаются долгим сроком службы подшипники, особенно при работе с грязным маслом;
отказывает маслонасос, особенно его регулирующий клапан;
очень быстро выходят из строя механизмы после ремонта, если были использованы рыночные запчасти низкого качества, в случае вариатора эти трюки не проходят и заканчиваются однозначно плохо;
при ремонте не были заменены шкивы или была некачественно выполнена их шлифовка, которая и так не всегда помогает.

Сервис вариаторов вообще больная тема. Мало кто способен грамотно выполнить все дефектовки и процедуры. И если механика многое простит, то бесступенчатый автомат нуждается в комплексном подходе, а это достаточно дорого по запчастям, даже если к высокой цене за работу автомобилистов уже приучили классические АКПП.

После обзора вариаторной техники становится понятней, что такое вариатор на автомобиле. Возможно, это отметёт многие опасения, ведь в целом преимущества CVT всё равно перевешивают его немногие ещё не изжитые минусы. И неуклонное повышение числа машин с этим типом трансмиссии тому подтверждение.

Как правильно обслуживать вариатор

Работа вариатора при правильной эксплуатации автомобиля рассчитана на очень длительное время, поскольку ломаться в клинноременном вариаторе практически нечему. Для поддержания нормальной работы вариаторной коробки нужно проводить ее периодическое техобслуживание.

Трансмиссионное масло в вариаторе желательно менять каждые 40-50 тысяч пробега. Если промежутки между заменой масла много больше, то в результате контакта ремня с дисками будет накапливаться мельчайшая металлическая стружка, которая ведет к ускорению износа внутренних деталей вариатора.
Масло для вариатора следует приобретать только оригинально и у официальных дилеров, которые дают гарантию качества приобретаемого товара. Масло разных производителей в вариаторной коробке лучше не смешивать. Также следует заливать масло одной и той же вязкости.
Масло в вариаторе лучше менять традиционным способом. Экспресс-замена под давлением не удаляет металлическую стружку и продукты износа, и они только еще хуже распределяются по всему вариатору.
Во время замены масла нужно снять поддон и почистить магниты, которые улавливают продукты износа, а также клапаны гидросистемы.
Также нужно заменить фильтры грубой и тонкой очистки, старые прокладки, чтобы исключить утечки масла из вариатора. Недостаток масла в коробке приведет к поломке вариатора.
Периодически нужно проверять систему охлаждения вариатора, чтобы не допускать перегрева коробки.
В клиноременных коробках рекомендовано менять ремень каждые 100-120 тысяч пробега даже если нет видимых дефектов ремня.

Основные советы владельцам автомобиля с вариатором

Стиль вождения машины с вариатором должен быть плавным и спокойным, исключающим экстремальные нагрузки.
Точно следуйте инструкции управления вариаторной коробкой, не нажимайте две педали одновременно.
Проводите техобслуживание вариатора согласно рекомендациям производителя. Многие опытные водители рекомендуют делать это в два раза чаще.
Покупайте только оригинальные расходники у официальных дилеров.
Трансмиссионное масло, заливаемое в вариатор, должно иметь уровень вязкости, соответствующий климату, где вы живете.
Не смешивайте разные трансмиссионные масла, особенно с разным уровнем вязкости.
При замене масла очистите магниты от продуктов износа, проверьте исправность системы охлаждения коробки.
Обслуживание, диагностику и ремонт вариаторов лучше доверить сертифицированным центрам, имеющим хорошую репутацию.