Автомобильный прогресс, с одной стороны, усложняет устройство автомобиля, но с другой – облегчает его эксплуатацию. Так, например, была создана коробка-автомат, которая не требовала управление сцеплением. Вариатор (CVT) стал следующим шагом в удобстве управления трансмиссией.
О надёжности вариатора давно спорят автознатоки. Одни обвиняют его в крайней непрочности, мол, не ходит такая КПП долго. Другие же считают, что при нормальной эксплуатации вариатор вполне способен отслужить столько же, сколько сам автомобиль. Рациональное зерно в своих доводах имеют оба лагеря, поскольку вариатор совершенствуется, и новые модели давно превзошли первые экземпляры этой КПП.
Что такое вариатор и чем он отличается от классической АКПП
Говоря коротко, вариатор – это автоматическая трансмиссия с бесступенчатым переключением передач. Его основное назначение – плавно и мягко переходить с одной передачи на другую, без рывков и отчетливых «отщелкиваний», при этом сохраняя оптимальную динамику разгона и минимальный расход топлива. Собственно, вариатор и создавался как средство экономии, поскольку в цивилизованном мире фактор экологичности давно является основным приоритетом развития транспортных средств.
Если задаться вопросом, чем вариатор отличается от АКПП, ответ будет «всем!» Пожалуй, единственное сходство заключается в том, что вариатор и коробка-автомат одинаково не требуют управления сцеплением, как это происходит на «механике». В остальном принцип действия совершенно разный: в «автомате» передачи подключаются с помощью планетарных редукторов, которые присоединяются к работе постепенно по мере надобности. Чтобы подключить очередную передачу, двигатель нужно сначала разогнать до нужной скорости, а это лишний расход топлива. В вариаторе же передачи реализованы с помощью клиновидных шкивов и ремня (цепи), вообще без присутствия шестерен в главном механизме.
Устройство вариатора
Конструкция вариатора намного проще, чем привычные нам коробки передач.
В основе лежит принцип клиноременной передачи с изменяемым диаметром шкивов:
- Каждый шкив состоит из двух конусов, направленных вершинами друг к другу;
- Ремень (цепь) охватывает оба шкива, передавая момент вращения с ведущего шкива на ведомый, то есть от первичного вала на вторичный;
- При необходимости конусы шкивов могут раздвигаться и сдвигаться. В результате ремень либо перемещается ближе к оси вращения, либо удаляется от нее, а диаметр шкива (и соответственно передаточное число) становится больше или меньше;
- Подключение вариатора к двигателю реализовано с помощью гидротрансформатора или пакета фрикционных муфт. В обоих случаях сцепление не требует управления, поскольку задействуется только на старте, а переключение передач не требует участия водителя;
- Для реализации заднего хода предусмотрен реверс – механизм планетарной передачи, меняющий направление вращения ведомого вала;
- Для блокировки КПП во время стоянки предусмотрен храповик;
- Управление шкивами осуществляется с помощью гидравлической системы, состоящей из насоса, клапанов, гидроцилиндров и фильтра.
Ремень или цепь вариатора представляют собой гибкую конструкцию, собранную из множества отдельных пластин. Форма и размер этих элементов подобраны для максимально эффективного сцепления со шкивами.
Надежность ремня или цепи будет достаточной, если вовремя их менять.
Отдельно нужно сказать о масле для вариатора. Оно выполняет две функции, противоположные по свое сути: смазывает механизм вариатора для уменьшения износа и обеспечивает сцепление ремня со шкивами, то есть трение в пятне контакта. Есть и третья задача – передавать крутящий момент от двигателя к коробке через гидротрансформатор.
Жидкость CVT рассчитана на работу при температуре до 70 градусов, но высокие нагрузки (скорость, пробуксовки, езда по бездорожью) вызывают ее перегрев, ухудшают свойства и сокращает ресурс. Для охлаждения часто используется специальный радиатор, а для отсеивания продуктов износа механизма предусмотрены фильтры.
Своевременная замена масла и фильтров – один из необходимых факторов долгой и счастливой жизни вариатора.
Дополнительные устройства, которые связаны с вариатором:
- Дифференциал. Как и в случае с другими коробками передач, дифференциал распределяет момент вращения на ведущие колеса автомобиля;
- Гидравлическая система управления конусами шкивов. Состоит из гидроблока и гидронасоса, подающего давление;
- Управляющая электроника, в том числе электронный блок управления (ЭБУ) и разнообразные датчики.
Виды вариаторов и их принцип работы
Ниже, на видео-уроке, подробно показано и описано принцип работы типового вариатора, посмотрев который Вы лучше начнете понимать работу CVT.
Описанный выше принцип работы относится к классической конструкции клиноременного вариатора. Их есть две разновидности:
- Собственно клиноременный, у которого для передачи вращения используется стальной ремень;
Клиноременный вариатор - Цепной, устроенный по тому же принципу, но в качестве передаточного элемента использована стальная цепь.
Пока что клиноременный самый перспективный вид вариаторов, который постепенно совершенствуется.
Есть и третий тип, в котором передача момента вращения реализована совершенно другим способом – тороидный (тороидальный) вариатор.
У тороидного вариатора передача вращения от двигателя на первичный вал происходит с применением другой схемы:
- Два конуса, направленные остриями друг к другу, подсоединены к ведущему и ведомому валу;
- Передача момента вращения происходит через ролики, соединяющие эти два конуса;
- Ролики могут перемещаться вдоль оси вращения конусов, скользя по их поверхности, продвигаясь ближе или дальше от их вершин;
- Повышение и понижение передачи происходит за счет контакта роликов с меньшим или большим диаметром вращения, а значит, передаче более быстрого или медленного вращения на ведомый вал.
Ниже, наглядный видео-урок, по принципу работы тороидного вариатора, очень доступно и понятно.
В настоящее время клиноременные виды вариаторов совершенствуются более активно, чем тороидные, и их чаще можно встретить установленными на автомобиле. Если не появятся новые типы конструкции, именно клиноременные вариаторы будут постепенно развиваться в сторону большей надежности, выносливости и удобства.
Плюсы и минусы вариатора
Поклонники вариаторной коробки передач ценят ее за такие преимущества:
- Простота. Конструкция CVT проста, как всё гениальное. После современных АКПП и роботизированных DSG коробок, это просто находка для любителей простых решений;
- Плавный старт. Тронуться с места будет легко даже новичку, в отличие от других типов трансмиссии;
- Отсутствие передач. Без использования ступенчатого механизма изменение передач происходит без рывков;
- Оптимальная динамика разгона. Автомобиль с вариатором намного проще набирает скорость, в отличие от АКПП и МКПП;
- Поддержание скорости движения на разных типах местности. Например, автомобиль не снизит скорость при подъеме в горку. Сохранение скорости движения происходит за счет плавного повышения или понижения передачи;
- Вариатор не замерзает. Значит, легче будет запустить его зимой, когда автомобиль ночевал на морозе под открытым небом. Он тоже требует прогрева, как и другие КПП, просто времени это занимает меньше;
- Экономия топлива. Это то, ради чего вообще создавалась вариаторная трансмиссия – экономия ресурсов, в том числе уменьшение токсичных выбросов;
- Невысокая цена по сравнению с современными АКПП и DSG.
Недостатки у вариатора тоже есть, поскольку этот вид трансмиссии находится еще в самом начале своего развития. Чем плох вариатор:
- Регулярное ТО. Во-первых, нужна периодическая замена трансмиссионной жидкости, причем покупать придется специальную, с пометкой CVT. А во-вторых, ремень имеет достаточно короткий ресурс и требует замены каждые 60 тыс. км;
- Ограничения по нагрузкам. До недавнего времени вариаторы ставились только на маломощные двигатели. Они не предназначены для резких стартов с пробуксовкой, это не спортивная трансмиссия. К тому же, нельзя буксировать автомобиль с вариатором. Если автомобиль сломался, доставить на СТО его можно только на эвакуаторе, но не «на галстуке». Причина – недостаточная прочность основного ремня (цепи);
- Медленная работа. Некоторые модели вариаторов заметно «тупят» при изменении оборотов, так что на 1-2 секунды отстают от нажатия педали газа;
- Не все СТО берутся его обслуживать. Найти умельцев, способных отремонтировать вариатор, довольно сложно. Мастера предпочитают не связываться с этой коробкой передач, а заниматься более привычными «автоматом» и «механикой»;
- Вариаторы подходят в основном только для города. Спорт и экстрим не для них.
- Сложная электроника. Если хоть один датчик, регулирующий работу вариатора, выйдет из строя, откажет и сам вариатор. А датчиков там много! Не слишком радужная перспектива – остаться посреди улицы ждать эвакуатор.
Несмотря на недостатки (а где их нет?), вариатор (CVT) остается очень прогрессивным типом трансмиссии. Совершенствование конструкции уже позволяет ставить его на достаточно мощные моторы и давать большие нагрузки. Конечно, никуда не делась необходимость обслуживать эту коробку передач, но ведь и двигатель требует внимания, и с этим уже все смирились.
Так что рассуждения о том, сколько ходит такая АКПП, постепенно остаются в прошлом: вариаторы становятся всё более надежными. Иногда покупатели отказываются от автомобиля только на основании того, что на нем установлен вариатор. Плюсы и минусы этой трансмиссии уже понятны, остается только выбрать то, что по душе.
