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.
Содержание статьи:
Коробка передач вариатор: что это такое и как работает
Итак, вариатор или вариаторная коробка передач обычно сокращенно обозначается как CVT (от англ. Continuously Variable Transmission), что означает трансмиссию, которая постоянно изменяется.
Вариатор по сравнению с аналогами имеет ряд преимуществ. Прежде всего, данный тип КПП дешевле в производстве, чем АКПП. Еще вариатор позволяет наиболее эффективно использовать мощность и крутящий момент ДВС.
Благодаря конструктивным особенностям удается гибко изменять передаточное число. Если просто, двигатель всегда работает в оптимальном режиме, который полностью соответствует конкретным условиям и нагрузкам.
Также отсутствие момента переключения передач означает, что разрыва потока мощности не происходит. В результате удается добиться высоких показателей топливной экономичности и разгонной динамики, а также обеспечить максимум комфорта при езде на автомобиле с вариатором СVT.
Отметим, что существует несколько типов вариаторов, однако в автоиндустрии используются клиноременный и тороидный вариатор. При этом клиноременный вариатор распространен намного больше.
Первым вариатором данного типа стал Variomatic, который устанавливался на автомобили в самом конце 50-х, позже появилась версия Transmatic, которая попала на конвейер в 1984 году.
Сегодня клиноременный вариатор активно используют различные мировые автопроизводители (например, Toyota Multidrive, Multitronic Audi, Xtronic Nissan и т.д.). Что касается менее распространенного тороидного вариатора, одним из наиболее известных является вариаторная коробка Extroid Nissan.
Общая конструкция вариатора предполагает наличие следующих базовых элементов:
- Устройство для передачи крутящего момента от ДВС на трансмиссию, а также позволяющее отсоединить КПП от силовой установки (аналогично нейтральной передаче);
- Вариаторная коробка передач, а также механизм задней передачи.
- Система управления вариатором (ЭБУ и набор датчиков);
Существует несколько видов так называемого сцепления АКПП:
- центробежное автоматическое сцепление;
- электромагнитное сцепление;
- многодисковое сцепление;
- гидротрансформатор;
При этом наиболее распространенным решением является гидротрансформатор, так как именно ГДТ позволяет добиться наиболее плавного преобразования крутящего момента, повысить комфорт и увеличить срок службы вариаторной КПП.
Если говорить непосредственно об устройстве самой коробки CVT, тогда следует начать с клиноременных вариаторов. Такой вариатор имеет одну или две ременные передачи. Ременная передача предполагает пару шкивов, которые соединены между собой при помощи клиновидного ремня.
Шкив, в свою очередь, состоит из двух конических дисков, которые имеют возможность сдвигаться и раздвигаться. Благодаря этому можно менять диаметр шкива.
Чтобы сблизить конусы, может быть использовано гидравлическое давление, конусы также сближаются при помощи центробежной силы или под воздействием усилия пружин. Сами конические диски находятся под углом наклона в 20 градусов, что позволяет ремню перемещаться о поверхности с минимальным сопротивлением.
На начальном этапе клиноременные вариаторы получали ремень из резины, однако срок службы такого ремня не превышал 50 тыс. км., также ремень был недостаточно гибким. В результате несколько ограничивалась возможность эффективно менять передаточное число.
Далее в устройстве вариаторных коробок начали применять гибкий металлический ремень, изготовленный из нескольких стальных полос. Передача крутящего момента производится посредством трения боковой поверхностью ремня и шкивами.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое вариатор X Tronic. Из этой статьи вы узнаете об особенностях и отличиях вариаторной трансмиссии данного типа, а также какие сильные и слабые стороны имеет указанный вариатор.
Стальной ремень вариатора оказался более прочным, гибким, отличается увеличенным сроком службы, КПП создает меньше шума во время работы. Благодаря такому ремню вариаторы стали массовыми.
Также некоторые производители вместо ремня используют металлическую цепь вариатора в устройстве коробки данного типа (клиноцепной вариатор). Цепь позволяет добиться еще большей гибкости и эффективности по сравнению с клиноременными вариаторами. Клиноцепной вариатор имеет самый высокий КПД, так как потери минимальны.
Дело в том, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи. Другими словами, цепь более «плотно» контактирует с коническими дисками. Чтобы избежать ускоренного износа в местах контакта, конические диски выполнены из прочной стали.
Еще добавим, что конструкция вариатора не способна обеспечить автомобилю возможность двигаться задним ходом. Чтобы автомобиль с вариатором имел заднюю передачу, конструкторы применяют дополнительные устройства. Если точнее, вариатор CVT имеет планетарный редуктор для движения задним ходом. Планетарная передача аналогична устройству классической гидромеханической АКПП.
Работает коробка вариатор под управлением электронной системы. Электроника отвечает за синхронное изменение диаметра шкивов вариатора в точном соответствии с режимом работы ДВС. Также система управляет сцеплением и планетарным редуктором задней передачи.
Что касается включения режимов, управление вариатором осуществляется при помощи рычага (селектора), который находится в салоне автомобиля. Сами режимы аналогичны режимам АКПП (P-R-N-D-L, спортрежим, зимний, экономичный и т.д.), так как производители стремятся максимально облегчить и упростить взаимодействие с КПП для водителя.
Еще отметим, что вариатор также может иметь режим ручного переключения передач (Типтроник). Хотя вариаторная КПП конструктивно не имеет ступеней (передач), однако программно ЭБУ в ручном режиме начинает работать по алгоритму включения заранее запрограммированных фиксированных передаточных отношений (подобно Tiptronic на АКПП).
Появления такой функции на вариаторе не продиктовано какой-либо необходимостью, напрямую связанной с эксплуатацией и улучшением характеристик. Дело в том, что для многих водителей проблемой являются одинаковые обороты двигателя при разгоне, а также отсутствие ощущения смены передачи (ступени). Ручной режим позволяет добиться явного переключения «вверх» или «вниз» по аналогии с механикой или АКПП.
Принцип работы клиноременного вариатора и тороидного CVT
В основе работы клиноцепных и клиноременных вариаторов лежит синхронное изменение диаметров шкивов в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель в определенный момент.
Возможность изменить диаметр шкива реализована посредством использования привода. Когда автомобиль с вариатором разгоняется, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, конические диски находятся в полностью разжатом состоянии.
В свою очередь, ведомый диск имеет самый большой диаметр, то есть конические диски полностью сжаты. Как только обороты двигателя начинают увеличиваться, диаметр ведущего шкива также становится больше, при этом происходит уменьшение диаметра ведомого шкива.
Благодаря такому изменению диаметров шкивов происходит уменьшение передаточного числа. Дальше система управления вариатором «подбирает» такое соотношение диаметров, чтобы поддерживать двигатель в диапазоне оборотов, когда от ДВС можно получить наибольшую мощность и крутящий момент.
Так достигается и поддерживается оптимальный режим работы, при этом сохраняется динамика одновременно с экономией топлива. Еще добавим, как уже было сказано выше, кроме клиноременных существуют и тороидные вариаторы. Так вот, по конструкции тороидный вариатор имеет два соосных вала. Эти валы имеют сферическую поверхность.
Между валами с тороидной (сферической) поверхностью находятся специальные ролики. Чтобы изменить передаточное число, в вариаторе данного типа меняется положение роликов. При этом передача крутящего момента осуществляется посредством силы трения, возникающей между поверхностями роликов и валов.
Плюсы и минусы вариатора
Разобравшись с тем, что значит коробка вариатор в машине и как устроен агрегат, можно рассмотреть основные плюсы и минусы автоматической КПП данного типа.
Прежде всего, среди основных плюсов выделяют высокие показатели КПД трансмиссии, а также топливную экономичность и комфорт при езде, так как водитель не ощущает момента переключения передач.
Если говорить о недостатках, вариаторы имеют относительно небольшой ресурс, их обычно не устанавливаются в паре с мощными двигателями, так как агрегаты не рассчитаны на высокие нагрузки. Другими словами, машины с вариатором СVT нельзя эксплуатировать агрессивно, такие автомобили больше подходят для спокойной езды.
Если же коробку нагружать, срок службы трансмиссии резко сокращается. Также коробка вариатор чувствительна к качеству и уровню масла. Необходимо менять масло в вариаторе каждые 30-40 тыс. км., при этом использовать только оригинальные трансмиссионные жидкости, рекомендуемые самим производителем авто или коробки.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как ездить на вариаторе правильно. Из этой статьи вы узнаете об особенностях эксплуатации вариатора CVT, а также что нужно учитывать, чтобы увеличить срок службы данной трансмиссии.
Еще вариаторная КПП боится резких стартов, высоких оборотов ДВС, езды по бездорожью, буксировки прицепа или других авто, длительных пробуксовок в снегу или на льду (особенно если версия коробки с гидротрансформатором).
Отдельного внимания также заслуживает вопрос, как буксировать авто с вариатором в случае поломки. Необходимо строго придерживаться всех правил и рекомендаций. Также следует отметить низкую ремонтопригодность вариатора и высокую стоимость запчастей.
Напоследок отметим, что с учетом перечисленного выше ряда особенностей вариаторы обычно устанавливаются на легковые авто и кроссоверы. На практике, данная трансмиссия оптимально подходит для моделей, которые эксплуатируются в черте города или используются для езды по трассе без особых нагрузок на ДВС и КПП.