Устройство вариаторной коробки передач – устройство, принцип работы вариаторной коробки передач (видео), плюсы и минусы. Чем отличается от автомата (АКПП) и что, исходя из отзывов, лучше выбрать

Вариатор. Устройство и принцип работы вариаторной коробки передач.

Подробности

Категория: Трансмиссия

Опубликовано: 18 декабря 2014

Просмотров: 23992

Просматривая каталоги новых автомобилей, с каждым годом все чаще в графе «тип коробки переключения передач» (КПП) можно увидеть слова «вариатор», либо же обозначение «CVT». Что представляет из себя этот тип КПП, чем он отличается от классических «автоматов» и в чем его преимущества – этим вопросам и посвящен данный материал.

Что представляет из себя вариатор. Главное отличие вариаторной КПП от классического «автомата» или «механики» в том, что этот механизм позволяет менять передаточное число от вращающегося коленвала двигателя к ведущим колесам плавно, то есть бесступенчато.

Эта особенность дает возможность подобрать оптимальное передаточное число и крутящий момент в конкретный момент времени, то есть мощность двигателя используется максимально эффективно. Кроме того, отсутствие ступеней обуславливает отсутствие необходимости переключения между ними, то есть очень плавный разгон автомобиля.

Немного истории. Сам принцип работы вариаторной трансмиссии был придуман отнюдь не вчера . Изобретателем этого механизма считается ни кто иной, как бородатый ученый времен ренессанса, Леонардо Да Винчи. Еще в 1490-году он нарисовал схему первого вариатора. В автомобильной промышленности эта система стала применяться в 50-х годах двадцатого века, а первопроходцем в этой области стала американская компания DAF. Стоит подчеркнуть, что типов вариаторов существует великое множество, но в автомобилестроении применяется лишь два типа – клиноременной (самый распространенный) и тороидный.

На сегодняшний день свою систему вариаторной коробки передач имеет практически каждый крупный автоконцерн. При чем, каждая система имеет некоторые свои особенности и уникальное название — у компании Ford это Ecotronic, Durashift CVT, у Mercedes-Benz – Autotronic, у Toyota – Multidrive, у Honda – Multimatic.

Составные части и принцип работы клиноременного вариатора. Основными составными частями вариатора такого типа являются:

• Шкивы. Большинство вариаторных систем состоят из двух шкивов – ведущего и ведомого. Ведущий шкив соединен с двигателем, от которого он и получает крутящий момент, ведомый – передает крутящий момент на колеса. Каждый шкив представляет из себя два конуса, направленных острыми сторонами друг к другу. Половинки обоих шкивов имеют возможность сдвигаться при помощи специального привода. Шкивы соединяются между собой клиновидным ремнем.
• Клиновидный ремень. В большинстве случаев это металлическая лента, на которую (перпендикулярно) надето большое количество трапециевидных металлических пластинок. У автомобилей Ауди вместо ремня применяется цепь.
• Система сервоприводов. Предназначена для сдвигания и раздвигания конусов шкивов. Эта система управляется автоматикой, а текущее положение конусов зависит от оборотов двигателя и скорости автомобиля.
• Автоматика. Управляет всеми системами вариаторной коробки передач, то есть на нее возложена функция определения, какое положение конусов шкивов оптимально в данный текущий момент времени и обеспечение такого положение посредством передачи сигнала на сервоприводы. Кроме того, автоматика управляет системой соединения-разъединения ведущего шкива и коленвала, являющейся аналогом сцепления (если сравнивать с обычной механической коробкой переключения передач).
• Система соединения-разъединения коленвала и ведущего шкива. В зависимости от производителя, в вариаторах применяются различные устройства. Это может быть автоматическое центробежное сцепление, электромагнитное сцепление, гидротрансформатор или так называемое «мокрое» многодисковое сцепление.

Весь механизм работы вариаторной коробки заключается в следующем. Когда автомобиль только начинает движение, конусы ведущего шкива находятся в полностью раздвинутом состоянии, то есть ремень ходит по самому маленьком радиусу. Конусы ведомого шкива напротив, полностью сдвинуты, тем самым позволяя ремню вращаться по максимальному радиусу. Это является аналогом первой передачи в механической коробке передач, когда необходимо обеспечить максимальный крутящий момент, чтобы сдвинуть автомобиль из стоящего положения.

Когда машина начинает разгоняться, автоматика анализирует скорость его движения и дает сигнал на систему сервоприводов, которые, в свою очередь, начинают сдвигать конусы ведущего шкива, выталкивая клиновой ремень наружу, и раздвигать конусы ведущего шкива, позволяя ремню постепенно утопать между ними. Тем самым и обеспечивается изменение передаточного числа в вариаторе клиноременного типа. Нетрудно догадаться, что при достижении автомобилем максимально возможной скорости, ведущий шкив находится в максимально «сведенном» состоянии, при этом конусы ведомого шкива максимально разомкнуты. Существенный минус клиноременного вариатора заключается в том, что ремень (в некотором случае это может быть цепь – например, у автомобилей Ауди) подвержен постоянным нагрузкам, соответственно именно он чаще всего выходит из строя первым. Стоимость его достаточно высока (как и цена работ по его замене) и если Вам «посчастливится» столкнуться с выходом ремня из строя – это очень ощутимо ударит по кошельку.

Тороидный вариатор. Этот тип коробки применяется автопроизводителями крайне редко, скорее в качестве различных экспериментов. Конструктив ее еще более сложен, нежели у системы с клиноременным приводом. Принцип работы тороидного вариатора заключается в том, что в тороидной поверхности (представляющей из себя полусферу и состоящей из двух дисков) зажат ролик. Передаточное число меняется, когда меняется положение ролика – то есть, когда он сдвигается, к примеру, вправо, его правая часть подходит к верху полусферы (то есть к меньшему радиусу диска) заставляя правый диск вращаться быстрее. При этом левая часть ролика задевает нижний край левого диска (полусферы), которая имеет больший диаметр и, соответственно, начинает вращаться медленнее. Чтобы обеспечить передачу крутящего момента дальше, применяется система роликов и шестеренок.

Встретить вариатор тороидного типа в обычных легковых авто на сегодняшний день достаточно сложно, так что если в салоне менеджер говорит Вам что в новой модели установлена вариаторная коробка передач, можно быть более чем на девяносто процентов уверенным, что речь идет о клиноременном типе системы.

Преимущества и недостатки вариаторных коробок переключения передач.

Для начала о приятном, то есть об их преимуществах.

• Плавность хода. Это действительно неоспоримое преимущество вариаторных коробок. Ни одна КПП другого типа, даже самая современная и имеющая большое количество ступеней, не сравниться с вариатором по плавности хода. Все потому, что физических ступеней вариатор просто не имеет. Хотя, многие модели с CVT автомобилей оснащены подрулевыми лепестками, позволяющие переключать «передачи» в ручном режиме. Однако эти передачи – не более чем фиксированные автоматикой определенные значения соотношения конусов ведущего и ведомого шкивов.
• Экономия топлива. Так как, в теории, вариатор максимально эффективно использует мощность двигателя, соответственно и бензина такое транспортное средства должно потреблять меньше (за счет более высокого КПД). На практике же оказывается, что машины с вариатором потребляют топлива практически так же, как и их аналоги с классической АКПП.
• Более быстрый разгон. Опять же, это скорее миф, чем реальность. Фактически, авто с вариатором разгоняются так же, как и оснащенные «автоматами» (правда, гораздо более плавно).
• Меньший шум от двигателя. Так как вариатор не загоняет обороты под максимум, соответственно и звук от двигателя более тихий. Однако водителям, пересевших с других типов КПП, эта особенность поначалу будет казаться странной. 5. Меньший износ двигателя. Опять же, из-за того, что обороты двигателя не доходят до максимально возможных. Соответственно (опять же, в тории), двигатель меньше изнашивается.

Недостатки вариатора:

• 1. Главный недостаток вариаторной коробки – сложность механизма ее устройства и относительная недолговечность. Из этого вытекает и высокая цена на обслуживание (включая дорогостоящее трансмиссионное масло для вариатора, которого обычно требуется 5-6 литров) и детали. Соответственно, если Вы собрались покупать автомобиль с пробегом больше ста тысяч километров, лучше обратите внимание на модели с классической АКПП или обычной механикой.
• 2. Отсутствие возможности резко перейти на пониженную передачу. Именно поэтому (а также из-за ограничений по возможности передачи крутящего момента) вариатор не используется в автомобилях со «спортивным» характером.
• 3. Сложности при буксировке автомобиля, вытекающие из особенности конструкции вариатора.

Выводы. Вариаторная коробка переключения передач – одна из самых технологичных на сегодняшний день. Если Вам важен в первую очередь комфорт, плавность хода и не пугает высокая стоимость обслуживания – обратите внимание на модели автомобилей, оснащенные этим устройством. Если же Вы предпочитаете спортивный стиль вождения, либо подбираете авто с пробегом – лучше присмотритесь к транспортным средствам с классическим «автоматом» или механикой.

Коробки передач с вариаторами — Энциклопедия журнала «За рулем»

Коробки передач с вариаторами являются бесступенчатыми и дают возможность получить в заданном ограниченном диапазоне любое передаточное число. Во многих странах такие коробки передач обозначают буквами CVT (Continuously Variable Transmission) — постоянно изменяющаяся трансмиссия. История использования вариаторов различных типов в трансмиссиях легковых автомобилей насчитывает почти сто лет. В настоящее время в автоматических коробках передач применяют клиноременные и тороидные вариаторы.

Вариатор — вид бесступенчатой автоматической трансмиссии, в которой изменение частоты оборотов и крутящего момента двигателя, передаваемых на ведущие колеса автомобиля, изменяется плавно. Отличается простотой принципиальной схемы и технологичностью производства. Наибольшее распространение В получил на маломощных транспортных средствах с двигателем мощностью менее 200 л.с.

Разновидности

По типу способа передачи крутящего момента вариаторы подразделяются на фрикционные и вариаторы зацепления. К фрикционным вариаторам относят конусные ременные и роликовые, шаровые, многодисковые, торовые, лобовые, волновые и клиноременные механизмы. К вариаторам зацепления — цепные. Наибольшее распространение в маломощной транспортной технике (легковых автомобилях, мотоциклах, скутерах, снегоходах и так далее) получили клиноременные вариаторы, в трансмиссиях легковых автомобилей с мощными двигателями (ДВС и в гибридных системах) цепные вариаторы. Другие разновидности механического вариатора используются в специальной технике и в металлообрабатывающих станках.

Фото: конусный вариатор

Устройство клиноременного вариатора

Самым распространенным типом бесступенчатой трансмиссии является клиноременный вариатор. Он состоит из ведущего и ведомого шкива с конусными раздвижными боковинами. Крутящий момент с ведущего на ведомый шкив передается армированным зубчатым клиновидным ремнем, который может выполняться из резины или в виде собранной из металлических звеньев металлической ленты. В цепных вариаторах функцию ремня выполняет цепь.

Для автоматической регулировки диаметра ведущего шкива применяется встроенный в ступицу центробежный регулятор. При раскручивании шкива ведущим валом двигателя грузики, увлекаемые центробежной силой, стремятся к периферии шкива, оказывая давления на подвижную боковину. Боковины шкива сближаются, диаметр внутренней поверхности увеличивается. В этот момент ремень оказывает давление на боковины ведомого шкива (поскольку длина ремня остается неизменной), преодолевает сопротивление стягивающей боковины пружины — боковины ведомого шкива раздвигаются, диаметр внутренней поверхности уменьшается. В результате бесступенчато, плавно изменяется передаточное отношение вариатора. При уменьшении частоты вращения ведущего вала двигателя преобразование крутящего момента происходит в обратном порядке — боковины ведущего шкива вариатора расходятся, ведомого, наоборот, сближаются.
В режиме остановки при работающем двигателе ремень лежит на поверхности ступицы ведущего шкива, которая не связана с валом двигателя механически. В этот момент ведущий шкив медленно вращается, ремень относительно боковин шкива проскальзывает, крутящий момент не передается. При увеличении скорости вращения шкива боковины сближаются и ремень за счет сил трения приходит в движение, приводя во вращение ведомый шкив.

Особенности вариаторной трансмиссии

Вариаторы обладают относительно небольшим диапазоном изменения крутящего момента. Передаточное отношение наиболее распространенных клиноременных вариаторов колеблется в диапазоне от 1:3, до 1:6, у автомобильных вариаторов передаточное отношение может достигать 1:10.
Наиболее долговечными являются цепные вариаторы — цепь работает в маслянной ванне, поэтому не подвержена интенсивному износй. Клиноременные вариаторы относятся к устройствам сухого типа. Армированный стальной проволокой (для предотвращения растягивания) зубчатый ремень изнашивается достаточно интенсивно, срок его службы обычно не превышает 50 тыс.км.
На скутерах и автомобилях с простой бесступенчатой трансмиссией (клиноременным вариатором) невозможно торможение двигателем. Для реализации заднего хода необходимо применение дополнительного редуктора, поэтому в современных автомобилях с бесступенчатой трансмиссией чаще используют сблокированную с вариатором планетарную коробку передач.
К достоинствам вариаторной трансмиссии относят простоту конструкции и системы управления. На скутерах, оборудованных вариатором, отсутствует рукоятка сцепления и рычаг переключения передач. Управление осуществляется при помощи одной вращающейся рукоятки «газа» и двумя рукоятками тормозов — переднего и заднего. При легком нажатии на любую из тормозных рукояток вариатор переводится в состояние холостого хода, передача крутящего момента прекращается. При отпускании тормозных рукояток и проворачивании рукоятки «газа» в сторону увеличения оборотов двигателя, вариатор переводится в рабочее состояние, скутер трогается с места.
На легковом автомобиле клиноременный вариатор появился в 60-е годы — на голландской машине DAF 600. Это был первый в мире автомобиль с бесступенчатой автоматической трансмиссией, который к тому же был очень недорогим. Эти автомобили имели репутацию ненадежной машины — в вариаторе DAF 600 работал ремень из резины, который деформировался и часто рвался.

Статья в журнале «За рулем» №9, 1967

Статья в журнале «За рулем» №1, 1988

Статья в журнале «За рулем» №7, 1995

Принцип работы вариаторной коробки передач

Традиционно коробка переключения передач подразумевает под собой переключение передачи с одной на другую. Это осуществляется при выборе водителем или электроникой необходимой пары шестерен, которые создадут нужное передаточное число. На таком принципе основана работа механической и автоматической коробок передач. Но вариаторная коробка передач изменила данную традицию, внеся новые понятия в передаче крутящего момента от двигателя к колесам.

Немного истории

Принцип действия, на котором основана работа вариатора был замечен Леонардо да Винчи еще в 1490 году. Первый патент на это изобретение был получен в конце XIX века, а первые автомобили, имеющие вариатор, увидели свет только в 50-х годах прошлого века, когда инженеры компании DAF установили его на легковые автомобили, выпускаемые серийно. Чуть позже к ним присоединился концерн VOLVO. Но основное распространение коробка вариатор получила совсем недавно — в середине 90-х годов.

Вариаторная коробка передач Nissan

Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач, которая плавно передает крутящий момент от двигателя к трансмиссии в заданном числе оборотов коленчатого вала. Основным преимуществом вариатора является его оптимальный выбор соотношения оборотов двигателя и нагрузки на трансмиссию. Такой подход позволяет эффективно использовать мощностные показатели мотора, существенно экономить топливо. Кроме этого, плавное непрерывное изменение передаточного числа вариатора, сопровождающееся полным отсутствием рывков, дает самый высокий уровень комфорта при движении для водителя и пассажиров.

Основным стопором развития вариаторной трансмиссии является довольно высокая сложность передачи большого крутящего момента. Именно поэтому первое распространение коробка вариатор получила на малолитражных автомобилях, имеющих небольшую мощность двигателя. Но, тем не менее сегодня, с ростом технологий и внедрением в конструкцию металлических ремней, производители начали устанавливать вариаторы на автомобили мощностью свыше 200 л. с.

На сегодняшний момент распространение получили только три типа устройства вариаторов, такие, как клиноременный, тороидальный и совсем недавно разработанный клиноцепной механизм, применяемый в вариаторах Multitronic от Audi.

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

Плюсы и минусы вариаторов

Как все остальные механизмы переключения передач, коробка вариатор имеет свои плюсы и минусы. К положительным сторонам устройства стоит отнести следующее:

• Плавность переключения передач, точнее их отсутствие;
• Возможность использования ручного переключения по принципу Типтроника. Такая особенность имеется благодаря полностью электронному управлению коробкой;
• Равномерное распределение нагрузки на двигатель, позволяющее работать ему в оптимальном режиме, что повышает его долговечность;
• Экономичность;
• Возможность быстрого старта;
• Простота механизма, что позволяет удешевить его производство и ремонт.

К недостаткам вариатора следует отнести минусы, такие как:

• Большая зависимость от электроники4
• Невозможность буксировки;
• Высокая стоимость применяемой жидкости. Низкая периодичность ее замены;
• Наличие постоянного троллейбусного звучания при различных стилях езды, в разных скоростных режимах

Подводя итоги

Несмотря на недостатки, такая коробка передач, как вариатор, имеет свое будущее. При нахождении решения изобретателями для передачи больших усилий, вариатор будет жить и развиваться во всех сегментах автомобилестроения.

что такое, принцип работы, ремонт, отзывы

Для облегчения вождения автомобиля в его конструкции применяется автоматическая трансмиссия. Одним из ее вариантов является вариатор. Он обеспечивает бесступенчатый переход между скоростями.

CVT подходит как для начинающих водителей, так и опытных. Срок службы современных вариаторов достаточно велик, однако важно соблюдать периодичность обслуживания и рекомендации по эксплуатации.

Описание вариатора

Вариатор является бесступенчатой трансмиссией с внешним управлением от электронного модуля. Он позволяет автоматически плавно изменять передаточное число. Узел оптимально подбирает передачу, исходя из внешней нагрузки и оборотов с которыми работает двигатель. Благодаря этому удается максимально эффективно использовать мощность силовой установки.

На автомобилях применяются два основных вида бесступенчатой трансмиссии: клиноременная и тороидальная. Первая получила большее распространение и ее часто комплектуются как легковые автомобили, так и кроссоверы.

Клиноременной вариатор был изобретен задолго до начала его использования на автомобилях. Автором первой бесступенчатой трансмиссии является Леонардо да Винчи. Он сконструировал вариатор в 1490 году.

Оценить преимущества использования бесступенчатой трансмиссии на автомобиле водители смогли лишь в 1950-х годах. Однако CVT таких транспортных средств не были надежными и долговечными. Недостатки вариаторов тех лет заставили автомобильные компании отложить выпуск машин с CVT на полстолетия.

Тороидальный тип вариатора редко встречается на автомобилях. Он также бесступенчато меняет передаточное число. Тороидальный вариатор имеет более сложное строение. Его настройка и точность изготовления требуют больших временных затрат. Именно по этим причинам клиноременные бесступенчатые трансмиссии смогли занять 95-97% машин с CVT.

Принцип работы вариатора

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Когда автомобиль трогается с места необходимо максимальное усилие. Для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель, конусы ведущего вала разводятся и в точке соприкосновения с ремнем шкив имеет самый малый диаметр. При этом на ведомой оси конусы сводятся. Это позволяет получить максимальный диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем. При таком состоянии вариатора ведущий вал должен сделать несколько оборотов, чтобы ведомый сделал один круг.

По мере того как происходит разгон, передаточное число изменяется. Конусы ведущего шкива начинают сходиться, увеличивая его диаметр. На ведомом валу происходит обратное действие. Конусы расходятся, а диаметр убавляется.

При достижении автомобилем высокой скорости шкив ведущего вала имеет максимальный диаметр. При этом на ведомом валу конусы полностью разведены, что обеспечивает минимальный размер шкива в точки соприкосновения с ремнем. При этом один оборот ведущего вала соответствует нескольким вращениям ведомого. На изображении ниже показаны принцип действия вариатора, схема расположения конусов и как работает бесступенчатая трансмиссия.

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Тороидальный вариатор имеет схожий принцип действия, но устроен совершенно по другому. В нем усилие передается не с помощью ремня, а специальными роликами. Они зажаты между валами и расположены на одной оси. Ролики имеют тороидальную форму, откуда и происходит название вариатора.

Для смены передаточного числа в тороидальном вариаторе требуется изменить положение роликов. Для максимальной тяги они должны быть повернуты в сторону ведомого диска. При высоких оборотах ролики направлены к ведущему диску. Устройство и принцип работы тороидальной бесступенчатой трансмиссии показаны на изображении ниже.

То как именно вариатор меняет передаточное число во время разгона зависит от программы управления. Для максимальной динамики двигатель выводится на обороты, соответствующие наибольшему крутящему моменту. При этом плавно меняется передаточное отношение. Темп разгона высокий, так как не тратится время на переключение между ступенями.

Ездить в вышеописанном режиме не очень удобно. Постоянные высокие обороты мотора приводят к большому расходу топлива и снижают ресурс силовой установки. При этом водитель, привыкший эксплуатировать транспортное средство с обычной коробкой передач, испытывает странные ощущения от монотонной работы мотора. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон полностью напоминал увеличение скорости с обычной АКПП.

Большинство бесступенчатых трансмиссий способны имитировать работу механической или роботизированной коробки передач. При этом все передаточные числа задаются программно. Вариатор просто переключается между установленными положениями.

Правила езды на автомобиле, на котором установлен вариатор

Для длительной и безотказной службы бесступенчатой трансмиссии важно правильно эксплуатировать и обслуживать автомобиль, на котором установлен вариатор. CVT вносит ряд ограничений и особенностей, придерживаясь которых автовладелец максимально отсрочит дорогостоящий ремонт узла.

Для большинства вариаторов вредно буксовать. В таком случае возникает перегрузка, вызывающая повышение температуры шкивов и ремня, а перегрев плох для масла и электроники. Если же во время буксования произойдет внезапный зацеп, то из-за резкого рывка ремень может проскользить по шкивам. В таком случае на конусах образуются задиры. В последующем ремень и шкивы при разгоне будут интенсивно изнашиваться и дорогостоящий ремонт не заставит себя долго ждать.

Езда по бездорожью также противопоказана большинству вариаторов. Все же существуют виды CVT, которые устанавливаются на кроссоверы. Съезд с дороги для таких машин допустим, но без критических нагрузок.

Рекомендуется отказаться от резких стартов. Вжимание педали газа в пол может вызвать пробуксовку ремня. В таком случае на шкивах появляются борозды, существенно влияющие на ресурс узла.

Буксировка также нежелательна для автомобилей с вариатором. Она вызывает перегруз и перегрев узла. В некоторых случаях возможно растяжение ремня или появление борозд на конусах. Особое внимание следует уделить работе трансмиссии в холодное время. При морозах масло начинает густеть. Поэтому важно прогревать вариатор зимой до начала поездки. Нормальная работа бесступенчатой трансмиссии возможно только когда смазка находится в пределах допустимой температуры.

На автомобиле с вариатором не стоит перевозить тяжелые грузы. В таком случае возможны негативные последствия такие же, к которым приводит буксировка.

Для нормальной работы вариатора необходимо своевременно обновлять прошивку. В противном случае из-за «детских болезней» программного обеспечения CVT может работать неоптимально и даже переходить в аварийный режим.

Плюсы и минусы бесступенчатой трансмиссии

В процессе эксплуатации автомобиля с вариатором водитель может обнаружить нижепредставленные плюсы:

• отсутствие рывков при разгоне, которые присутствуют в работе АКПП;
• не требуется выжимать сцепление, что является обязательным при вождении авто с механикой;
• низкий риск пробуксовки;
• высокая экономия топлива;
• более высокий КПД на фоне АКПП;
• низкий вес по сравнению с автоматом;
• увеличение ресурса силового агрегата;
• высокий комфорт движения;
• низкий уровень шума.

Несмотря на все преимущества бесступенчатая трансмиссия имеет нижепредставленные минусы:

• ремень относительно быстро изнашивается, а его замена имеет высокую стоимость;
• сильная чувствительность к перегрузкам;
• низкий срок службы, если нарушен интервал замены смазки;
• сложный и дорогостоящий ремонт, из-за чего мастера на автосервисах часто предлагают установку контрактного или нового вариатора, цена которого доходит до 30-40% стоимости машины;
• диагностика часто требует разборки узла, что обходится дорого;
• отзывы автовладельцев говорят о том, что вождение машины с вариатором скучное и занудное из-за монотонного гула мотора;
• все типы бесступенчатой трансмиссии неспособны справиться с большим крутящим моментом, поэтому они не встречаются на спортивных и по настоящему вседорожных автомобилях;
• отсутствие специалистов, для которых не проблема диагностика, регулировка и ремонт вариатора;
• если бесступенчатая трансмиссия продолжительно ходит без замены фильтров, то ее ресурс критически уменьшается.

Признаки неисправности вариатора

Выход из строя бесступенчатой трансмиссии не проходит бесследно. Ниже представлены основные признаки неисправности вариатора, указывающие на необходимость диагностики узла.

• автомобиль не едет вперед и назад, но двигатель работает;
• слабая динамика при выжатой педали газа и хорошем дорожном покрытии;
• сильный толчок при переводе селектора;
• прерывистое движение;
• вариатор не реагирует на ручное управление;
• машина движется, когда селектор находится в положении нейтрали;
• гул и прочие посторонние звуки со стороны бесступенчатой трансмиссии;
• вариатор не реагирует на селектор.

Требуемые инструменты для замены масла

Для того, чтобы замена масла в вариаторе прошла успешно, требуются инструменты из таблицы ниже.

Таблица — Инструменты и материалы необходимые для замены масла

Инструменты и материалы	Примечание
Очиститель	Поддон и магниты следует очистить от старой жижи и мелких металлических частиц
Головка	Размер зависит от конкретного автомобиля. Обычно требуются головки «на 10», «на 13», «на 14», «на 15», «на 16», «на 17»
Вороток	Часто доступ к некоторым креплениям затруднителен. Поэтому желательно иметь удлинитель и трещотку.
Лейка	На некоторых автомобилях для удобства заливки свежей смазки потребуется удлинить лейку маслостойким шлангом
Тара	Емкость зависит от объема сливаемого масла. Обычно достаточно тары на 4-6 литра.
Ветошь	Не оставляющая ворсинок

Замена масла в бесступенчатой трансмиссии

Замена масла крайне важна для нормальной службы бесступенчатой трансмиссии. Нарушение сроков технического обслуживания это самая частая причина преждевременных поломок вариатора. Посмотреть на сравнение старой и свежей смазки можно на фото ниже.

При замене смазки важно не только соблюдать интервалы технического обслуживания, но и приобретать только качественное масло. У большинства производителей имеются рекомендации на покупку исключительно фирменной трансмиссионной жидкости.

Инструкция по замене масла в вариаторе представлена ниже.

• Проехать 10-15 км перед сливом масла. Это позволит прогреть вариатор.
• Установить транспортное средство на подъемник, эстакаду, смотровую яму.

• Снять защиту картера, если таковая имеется.
• Подставить емкость под слив.
• Выкрутить сливную пробку.

Для предотвращения пролива масла на землю следует направить его с помощью обрезанной бутылки.

• Часть масла невозможно таким способом слить с узла. Поэтому необходимо вкрутить пробку и залить свежую смазку. Далее следует завести мотор. Двигателю требуется дать поработать 5-10 минут. В это время следует переводить поочередно селектор во все положения. По истечении времени необходимо повторно слить смесь старого и нового масла. При финансовой возможности данную процедуру можно повторить несколько раз.
• Слив смазки обычно продолжается 25-40 минут. Чтобы не терять время, рекомендуется произвести замену фильтра тонкой очистки. Для начала требуется получить доступ к подкапотному пространству, открыв капот.
• Подцепить клипсы, которые удерживают воздуховод.

• Вынуть клипсу.

• Снять воздуховод.

• Отсоединить поочередно минусовую и плюсовую клеммы АКБ. Снять батарею.

• Под АКБ находится площадка. Ее требуется демонтировать.

• У каждого автомобиля доступ к фильтру тонкой очистки часто перекрыт различными преградами. Их требуется снять.

• Убрать все загрязнения вокруг фильтра.

• Открутить корпус фильтра.

• Вынуть фильтр тонкой очистки из его корпуса.

• Вставить новый фильтрующий элемент в его посадочное место.
• Прикрутить корпус с фильтром.
• Дождаться, когда смазка перестанет вытекать.

• Выкрутить крепления поддона бесступенчатой трансмиссии.

• На поддоне находятся магниты. Их требуется снять.

• Убрать всю металлическую стружку с магнитов.

• С помощью очистителя отмыть поддон вариатора от старой смазки.

• Прикрепить магниты на поддон.

• Выкрутить крепления фильтра грубой очистки. На некоторых автомобилях болты имеют разную длину. В таком случае следует запомнить их расположение.

• Снять фильтр грубой очистки.

• Желательно устанавливать новый фильтр грубой очистки, но он имеет высокую стоимость. Поэтому автовладельцы оценивают степень его загрязнения и по результатам проверки определяют дальнейшие действия.

• При несильном загрязнении фильтра его рекомендуется просто отмыть.

• Смонтировать фильтр грубой очистки.
• Установить поддон, равномерно затянув болты его крепления.
• Поставить сливную пробку на место.
• Залить свежую смазку.

• Проверить уровень масла и при необходимости откорректировать его.

• Запустить силовую установку и прогреть трансмиссию, переводя селектор поочередно во все положения.
• Повторно проконтролировать уровень масла в узле.

При возникновении проблем с заменой масла рекомендуется посмотреть соответствующее видео.

Ремонт бесступенчатой трансмиссии своими руками

Для проведения ремонта и устранения большинства неисправностей вариатора требуется его демонтаж с автомобиля. Без снятия решаются преимущественно только программные неполадки.

Начинать ремонт рекомендуется с очистки магнитов. По их состоянию можно косвенно определить износ металлических контактирующих поверхностей узла.

Большинство проблем связанных с вариатором возникают из-за его перегрева. Поэтому важно проверить радиатор и очистить его. При значительных дефектах радиатора может потребоваться его замена на новый.

Износ и растяжения ремня устраняются его заменой. Затягивать с установкой нового изделия не рекомендуется. Связано это с тем, что отслуживший свое ремень вызывает повреждения дорогостоящих конусов.

На некоторых автомобилях для вариатора подходит несколько ремней. При интенсивном использовании машины желательно приобретать усиленное изделие.

Повреждение конусов устраняется их заменой. При этом важно оценить общее состояние трансмиссии. В некоторых случаях более выгодно купить новый или контрактный вариатор.

При гуле, доносящемся с узла требуется менять подшипники.

Вышедший из строя степ-мотор всегда меняется на новый.

Датчик имеет низкую стоимость и при поломке подлежит замене.

Соленоиды, насос, редукционный клапан и прочие элементы контактирующие с маслом при выходе из строя не всегда подлежат замене. В некоторых случаях их достаточно очистить от загрязнений.

Рейтинг вариаторов по надежности

Определить самый надежный вариатор поможет рейтинг пяти лучших бесступенчатых трансмиссий. Его формируют CVT трех компаний: Jatco, Aisin и Subaru.

Открывает пятое место рейтинга по надежности вариатор Jatco JF015E, который встречается на Renault Kaptur. Четвертым идет Jatco JF016E, устанавливаемый на последние модели Mitsubishi Outlander. Третье место занимает Aisin K111, которым часто комплектуется Toyota RAV4. второе место у Subaru TR580, применяемого на Forester. Лидером по надежности является Jatco JF011E. Его можно обнаружить на Mitsubishi Outlander, Nissan Qashqai и X-Trail.

Отзывы

Игорь Степашкин

Авто с вариатором очень комфортно водить в городских условиях.

Дмитрий Назаров

Машина с бесступенчатой трансмиссией разочаровала. Расход оказался огромным, следующую точно буду брать на роботе или механике.

Анатолий Жуков

Долго привыкал к необычной работе двигателя и отсутствию толчков при разгоне. Вариатор считаю лучшей автоматической трансмиссией

Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия

Когда речь идет о современных коробках передач, чаще всего встречается вариаторный тип. Вариатором называют КПП, в котором нет ступеней, что позволяет значительно повысить мощность двигателя. Срок эксплуатации двигателя в этом случае увеличивается, а расход топлива уменьшается.

Вариаторная коробка передач, ее подробное устройство и принцип действия

Принцип работы вариаторной коробки передач

Инженеры разработали множество типов вариаторных кпп, но автомобильные компании используют тороидный и клиноременной виды.
В основе двух типов лежит принцип бесступенчатой трансмисии и отсутствие рывков пи передаточном числе от коленвала. Именно при такой организации функционала повышается КПД и разгон двигателя проходит плавно.

Устройство клиноременного вариатора и его компоненты

Устройство клиноременного вариатора

1. Два шкива, один из которых ведущий, другой выполняет роль ведомого.
   Шкив представляет собой конический диск. Оба они соединены ремнем клиновидного типа. Скорость автомобиля и обороты в определенный момент движения определяются при помощи положения шкивов.
2. Клиновидный ремень, который представляет собой металлический гибкий ремень с насаженными на него пластинами трапециевидного типа. Иногда наблюдаются изменения конструкции. Так, компания Audi заменяет ленту металлической цепью.
3. Комплекс сервоприводов. Их основная задача – сдвигать и раздвигать шкивы.
4. Система, контролирующая разъединение и соединения коленвала и ведущего шкива. Изменения в устройстве возможны. Все зависит от компании-разработчика. Наиболее распространёнными вариантами являются такие, как электромагнитное, автоматическое центробежное, «мокрое» многодисковое и сцепление гидротрансформаторное.
5. Автоматика, которая управляет работой вариаторной коробки передач. Она определяет, какой диаметр должны иметь ведущий и ведомый шкивы в данное время и обеспечивает его, передавая необходимый сигнал на сервоприводную систему. В функции автоматики также входит контроль за работой системы соединения и разъединения коленвала и ведущего шкива.

Тороидная КПП вариатор

Тороидная КПП вариатор

Ввиду сложности конструкции системы такой тип вариатора встречается крайне редко. Он представляет собой полусферу, состоящая из двух дисков с роликом. Ролик зажимается между ними, а изменение передаточного числа прямо пропорционально зависит от смены положения ролика.
Когда ролик двигается налево, левый диск двигается медленнее. Потому правая часть ролика цепляется за край правого диска, заставляя его вращаться быстрее. Дальнейшая передача крутящего момента обеспечивается сложной системой шестерёнок и роликов.

Теперь, когда стал понятен принцип работы вариатора, следует пояснить, какие основные особенности в работе имеет этот механизм.

Вариатор клиноременного типа и механизм его работы

Когда автомобиль начинает двигаться, ремень двигается максимально ввиду того, что конусы ведомого шкива сдвинуты. Позже, когда они раздвигаются на максимум, движение ремня уже проводится по минимальному охвату. В результате крутящий момент доходит до максимальной отметки, и автомобиль начинает движение.

Автоматика подает сигналы сервоприводам при увеличении скорости и приводит в движение конусы ведомого шкива. Как результат происходит смена передаточного числа в кпп вариатор клиноременного типа.

Минусы коробки передач типа вариатор

1. Сравнительная сложность конструкционной системы и её относительно недолговечный период эксплуатации, что влечет за собой высокую себестоимость деталей (не нужно забывать при этом о трансмиссионном масле, необходимый объём которого составляет 5-6 литров) и обслуживание. При этом наиболее часто в первую очередь замене подлежит ремень, потому что на него приходятся постоянные нагрузки.
2. Автомобиль испытывает сложности буксировки, если возникает какая-то поломка. В этом случае поможет только эвакуатор. Проблемы при буксировке автомобиля в случае его поломки и необходимость его перемещения исключительно на эвакуаторе.
3. Невозможность резкого перехода при движении на предыдущую передачу и конструктивное ограничение по передаче крутящего момента.

Преимущества коробки вариатор

1. Двигатель работает с низким уровнем шума, обеспечиваемая тем, что во время движения вариатор не выводит обороты двигателя на максимальные. Однако, это зачастую пугает водителей, ранее эксплуатировавших автомобили, оснащённые классическими коробками переключения передач.
2. Плавный ход. Ни один тип коробок переключения передач, даже такие как роботизированная коробка передач и коробка передач dsg не способны дать такой эффект, так как в кпп вариатор ступени отсутствуют физически. Отметим, что ряд моделей с коробкой cvt имеют заявленную функцию ручного переключения передач, но это всего лишь автоматически зафиксированные положения ведомого и ведущего шкивов.

Также к преимуществам коробки вариатор зачастую причисляют низкий расход топлива и более быстрый разгон автомобиля. Теоретически это совершенно правильно, ведь применение вариатора даёт больший КПД двигателя, но практика показывает, что это всего лишь миф и авто с классическими типами кпп разгоняются с той же скоростью и потребляют немногим больше топлива.

Если подытожить всё вышесказанное, то можно сказать, что на сегодняшний день коробки переключения передач вариаторного типа несомненно являются одной из самых технологичных разработок и гарантируют плавность хода и комфорт во время движения. Однако это компенсируется недолговечностью конструкции и высокой стоимостью её обслуживания. Поэтому, если Вы не готовы выкладывать круглую сумму за ремонт авто, но при этом предпочитаете агрессивный и спортивный стиль вождения, обратите своё внимание на роботизированные кпп либо на автомобили, оснащённые автоматическими коробками передач с функцией типтроник.

Вариаторная коробка передач. Вариатор CVT

Что такое вариатор? Вариатор – это механический узел, предназначенный для передачи усилия двигателя бесступенчато к ведущим колесам. В некотором смысле его можно назвать автоматической коробкой передач, но с совершенно другим принципом передачи крутящего момента.

Классический вариатор — это два раздвижных шкива, соединённых клиновидным ремнем. Вариатор, применяемый в автомобилях, является более сложным устройством, потому что существует необходимость введения «задней скорости» и пониженных передач. В состав вариатора марки CVT (клиноременный вариатор) входят следующие устройства:

• Раздвижные шкивы – представляют собой две клиновидные «щеки» на одном валу. Приводятся в действие гидроцилиндром, который сжимает диски в зависимости от оборотов, или по управляющему сигналу от блока управления.
• Клиновидный ремень – изготовлен из двух металлических лент, на которые нанизываются металлические пластинки специальной формы. Элементы располагаются плотно друг к другу, верх пластинки выполнен в виде конуса, а в основании имеются пазы, куда вставляются металлические ленты (для клиноременных вариаторов).
• Гидротрансформатор – устройство преобразования и передачи крутящего момента, а также плавного начала движения. Более подробное описание в разделе АКПП.
• Дифференциал – устройство распределения крутящего момента на ведущие колеса.
• Планетарный механизм задней передачи – устройство, для обеспечения вращения вторичного вала в обратном порядке.
• Гидравлический насос – устройство, которое приводится в действие гидротрансформатором и предназначено для создания давления рабочей жидкости. Давлением приводятся в действие исполнительные устройства (гидроцилиндры).
• Блок управления – микропроцессорное устройство для управления исполнительными устройствами вариатора, в зависимости от сигналов, подаваемых с датчиков (местоположения коленвала, контроля расхода топлива, ABS, ESP и др.).

Существуют вариаторы не только с ременным приводом (вариатор CVT), но и цепным. В основном применяется в автомобилях Audi. Крутящий момент передается, так же как и в CVT, только диски сжимают цепь, которая имеет клиновидные оси звеньев. Цепь передает усилие тянущее, а не толкательное как ремень.

Следующий тип вариатора – торовый. В состав такого вариатора входят два клиновидных диска. Один диск является ведущим, второй – ведомым. Между дисками находится ролик, который может перемещаться в вертикальном направлении и вращаться горизонтально вокруг своей оси. Таким образом, ролик может соприкасаться с разными радиусами дисков. При соединении ролика с малым радиусом ведущего диска и с большим ведомого, получается низшая передача. Если наоборот – высшая. Прямая передача – это момент соприкосновения ролика с одинаковыми радиусами дисков. Но такой вариант вариатора не получил большого распространения из-за дороговизны и применения специальных смазывающих материалов.

 

Мы же рассмотрим работу самого популярного у автопроизводителей клиноременного вариатора.

При увеличении оборотов двигателя приводится в действие гидротрансформатор, который передает крутящий момент на первичный вал. На первичном валу установлен ведущий шкив и при воздействии на него гидроцилиндра, «щеки» начинают сходиться, что приводит к увеличению трения между ними и клиновидным ремнем. Далее под действием трения усилие передается на ведомый шкив, который соединен с вторичным валом. «Щеки» ведомого шкива в этот момент максимально сведены, то есть получается низшая передача. Далее при развитии оборотов происходит смена диаметров ведущего и ведомого шкивов. Передаточное число увеличивается максимально.

Ведомый вал вращает дифференциал, к которому присоединены полуоси ведущих колес. Задняя передача обеспечивается подсоединением к ведомому валу планетарного механизма, который и обеспечивает реверсивное движение ведомого вала.

Обеспечивает управление диаметрами шкивом электронная система управления, она же включает, по средствам актуаторов заднюю и пониженную передачу. Как видим, при использовании вариатора нет резких рывков при переключении, обеспечивается более плавный ход и экономия топлива, так как электроника выбирает оптимальный режим оборотов двигателя и передаточное число шкивов. Но уже и не полихачишь!

 

Но нарекания водителей, у которых появились автомобили с вариатором, были в отсутствии характерного урчания двигателя при смене передач как в механической коробке передач. Конструкторы нашли выход – применили псевдо-ступенчатое переключение передач, применив селектор выбора передач. Так, при трогании с места водитель включает первую передачу движения вперед и нажимает на акселератор, затем после достижения определенных оборотов, двигая селектор, включает вторую передачу и т.д. Достигается такое переключение программированием блока управления на фиксированные передаточные числа шкивов. Но возможен переход в полный автоматический режим, в этом случае электроника все выполнит сама. Для включения пониженной передачи селектор переводится в определённое положение и блок управления не включает повышенные передачи, независимо от оборотов работы двигателя.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Что это такое. Принцип работы. Топ 3.. вида вариаторов

Конструкцией вариатора предусмотрена плавная передача крутящего момента от двигателя на колеса автомобиля. Что такое вариатор и основное отличие вариаторной коробки от других аналогов – отсутствие передач. Передаточные отношения здесь меняются как в автоматическом, так и в ручном режиме. Вариатор – это упрощенное название автоматической коробки передач вариаторного типа. Еще ее обозначают латинскими литерами CVT, расшифровка — Continuously Variable Transmission, дословный перевод – трансмиссия бесступенчатая.

Как работает вариатор

Автомобили, оборудованные вариаторной трансмиссией, внешне очень похожи на машины с коробкой автомат. Что такое вариатор на автомобиле? По аналогии с другими трансмиссиями, в конструкцию коробки передач CVT тоже входят две педали, селектор переключения режимов. Режимы вариатора имеют те же обозначения:

1. Р – паркинг.
2. R – реверс.
3. N – нормаль.
4. D – драйв.

На первый взгляд устройство трансмиссий совпадает. Однако, принцип работы вариатора CVT отличается от традиционной АКПП. Здесь полностью отсутствуют фиксированные передачи, нет нумерованных первой, второй и прочих скоростей. Коробка вариатор обладает огромным количеством передач, переход с одного режима на другой осуществляется совершенно незаметно и плавно. В процессе эксплуатации транспортного средства, оснащенного вариатором, водитель не ощущает рывков, толчков и пинаний. Независимо от того, трогается машина, разгоняется или тормозит, вариатор постепенно меняет передаточное отношение без резких движений, рывков.

Разновидности коробок-вариаторов

В зависимости от конструкции механизма и области применения, вариаторы CVT подразделяются на следующие виды:

1. Клиноременной вариатор.
2. Цепной.
3. Тороидальный.

Самый распространенный вариант исполнения – клиноременной вариатор.

Немного теории:

чтобы понять принцип действия клиноременной передачи, рекомендуется представить два шкива сложной конструкции, взаимно отдаленные на небольшое расстояние;
каждый шкив вариатора состоит из двух конусообразных дисков, верхушки которых сходятся и расходятся;
оба шкива огибает специальный ремень.

Устройство вариаторной коробки передач

В состав каждого шкива входят по два конуса 20°, которые отцентрированы вершинами относительно друг друга. Клиновидный ремень вариатора входит в меж-конусное пространство. Свое название ремень получил, благодаря оригинальной форме сечения в виде буквы V. Такой профиль позволяет увеличить площадь контакта, силу трения между ремнем и шкивами вариатора.

Сближение конусов приводит к увеличению диаметра шкива. Соответственно, при их разведении – он уменьшается (эффект переменного рабочего диаметра шкива). Шкивы переменного диаметра расположены строго попарно. Один из них – ведущий (входной), он является продолжением коленчатого вала силового агрегата. Ведущий шкив вариатора передает вращение на второй (ведомый) шкив, элементы коробки передач, трансмиссию, колеса автомобиля.

Существует термин «радиус основного тона», он характеризует расстояние от ремня до центров клиновидных шкивов. Когда шкивы вариатора разведены и находятся максимально далеко друг от друга, этот параметр минимален. При максимальном сближении конусов ремень перемещается к наружному краю, увеличивая радиус. Отношение радиусов основного тона, ведущего и ведомого шкивов, регулируется специальным устройством бортового компьютера.

Интересно: Если на одном из шкивов вариатора увеличивается радиус охвата, на другом, он синхронно уменьшается. Благодаря данному эффекту, ремень находится постоянно в натянутом состоянии. При взаимном изменении радиусов создается бесконечное множество передаточных отношений – от минимального до максимально высокого. Например, если радиус основного тона на ведущем шкиве очень маленький, на ведущем он приближается к максимуму. При этом скорость вращения выходного вала низкая, что соответствует пониженной передаче автомобиля. Для увеличения скорости машины достаточно сблизить конусы ведущего шкива вариатора.

Изменяя радиусы охвата на ведущем и ведомом шкивах, можно получить бесконечное множество значений передаточного числа вариатора. В коробке передач CVT шкивы, размещенные на ведущем и ведомом валах, оборудованы специальным гидроприводом, при помощи которого конусообразные половинки синхронно сдвигаются/раздвигаются. При этом передаточное число вариатора изменяется в широких диапазонах.

Чтобы обеспечить движение автомобиля в режиме заднего хода, в конструкцию коробки вариатор включен набор шестерен (планетарный механизм). При помощи включения зубчатых зацеплений в заданном порядке, выходной вал вариатора может изменять направление вращения.

Помимо трех основных компонентов, описанных выше, в состав системы электронного управления вариатора также входят различные датчики, микропроцессоры. Бортовой компьютер, встроенный в трансмиссию, управляет положением конусообразных шкивов вариатора, исходя из нагрузок и скорости передвижения транспортного средства.

Устройство клиновидного ремня

Ремень в клиноременном вариаторе CVT отличается сложным устройством. Благодаря использованию новейших материалов, ремни вариаторов очень надежны и эффективны. Вместо цепей и резиновых ремней, огибающих шкивы, в коробках вариатор применяются гибкие металлические ремни клиновидной формы (наборные металлические ленты).

Схема устройства металлического ремня вариатора:

Основой высокопрочного ремня вариатора служат тонкие полоски упругой стали (количество полос равно 9 – 15 штук), которые скреплены при помощи пластин сложной формы. Эти детали имеют форму трапеции, они плотно нанизаны на стальные ленты. Материал изготовления скрепляющих пластин – углеродистая легированная сталь высокой прочности.

Основные преимущества клиновидных стальных ремней:

1. Сверхвысокая прочность ремня вариатора.
2. Отсутствие эффекта проскальзывания.
3. Повышенная жесткость изделия при передаче усилий на сжатие (толкающий ремень).
4. Способность передавать максимальный крутящий момент от силового агрегата на ходовую часть.
5. При работе вариатора ремень не издает много шума.

Общий вид клиновидного ремня CVT:

Образец цепи, установленной в вариаторе авто фирмы АУДИ:

Клиновой ремень вариатора Audi изготовлен в виде широкой цепи, состоящей из отдельных стальных пластин.

Интересно: Для технического обслуживания клиновидной цепи вариатора используется специальный масляный состав. Смазочная жидкость способна изменять свои характеристики под воздействием повышенного давления в местах контакта пластин с поверхностью шкива. В результате чего, цепь вариатора CVT передает заданные усилия без проскальзывания и трения даже в условиях маленькой площади контакта.

Особенности управления коробкой вариатором

Когда автомобиль, оснащенный стандартной коробкой автомат, набирает скорость, приходится раскручивать обороты двигателя перед включением каждой передачи. Автомобиль с вариатором разгоняется при постоянных оборотах силового агрегата. На основании программы управления, выбранной водителем, вариатор самостоятельно изменяет передаточное число трансмиссии.

При подъемах на возвышенность, преодолениях преград или торможениях водитель нажимает на педаль газа, а вариатор автоматически снижает передачу. В это время диски шкивов синхронно передвигаются (сходятся/расходятся), занимают заданное положение, чтобы обеспечить требуемую величину момента кручения выходного вала вариатора.

При помощи электроники, коробка вариатор CVT может резко переключаться, например, перескакивая с виртуальной шестой на восьмую передачу. Или, по желанию водителя, можно постепенно переходить на следующий режим с имитацией последовательного переключения.

Где применяются вариаторы CVT

Благодаря простоте конструкции и комфортности управления, коробки передач вариаторного типа устанавливаются на автомобилях известных производителей: AUDI, INFINITY, NISSAN и др.

Вариаторы также нашли широкое применение в следующих механизмах и технических устройствах:

1. Сверлильные станки.
2. Тракторы и прочие сельхоз машины.
3. Мотороллеры.
4. Снегоходы.

Коробка вариатор, плюсы и минусы

При сравнении КПП вариаторного типа с классической коробкой автомат, выясняется, что АКПП состоит из многочисленных шестерен, валов, синхронизаторов, муфт, тормозов, гидравлической системы, плиты с масляными каналами и пр. Вариатор отличается простотой конструкции. В его состав входят только три основных компонента: ведущий и ведомый шкивы, а также приводной ремень.

Коробки вариаторы набирают популярность среди автопроизводителей и владельцев автомобилей, благодаря большому количеству достоинств:

1. Возможность набирать и снижать скорость без переключения режимов.
2. Плавность передвижения автомобиля при изменении скоростей вариатора.
3. Стабильность показателей мощности, вне зависимости от скорости машины.
4. Существенная экономия топлива.
5. Чуткая реакция электронной системы вариатора на изменения характера дороги (движение по скользкой дороге, на подъем, под уклон).
6. Отсутствие вынужденного замедления (авто не снижает скорость даже при преодолении подъемов).
7. Минимальные потери мощности вариатора, в сравнении с АКПП.
8. Отличная динамика разгона.
9. Стабильность оборотов двигателя.
10. Меньшие выбросы вредных веществ.
11. Простота устройства, минимальное количество рабочих элементов.

Благодаря сравнительно небольшому количеству составляющих, вариатор имеет намного меньший вес, чем аналогичная коробка автомат.

Вариаторы обладают простой конструкцией, но это не исключает необходимости регулярного технического обслуживания. Больше всего хлопот и неприятностей доставляет ремень вариатора CVT. Кроме компьютерной диагностики, здесь требуется производить замену клиновидных или цепных ремней после каждого пробега, равного 50 – 60 000 км. Бывают случаи, когда ремень вариатора нужно менять намного раньше. Все зависит от марки машины, модели вариатора, условий эксплуатации автомобиля.

Наряду с очевидными преимуществами, коробка вариатор обладает определенными недостатками:

• Вариатор плохо переносит усиленные нагрузки.
• Его редко устанавливают на внедорожники, которые эксплуатируются на тяжелых трассах.
• Сравнительно небольшой срок эксплуатации.
• Трудно найти квалифицированного специалиста по ремонту и восстановлению работоспособности вариаторов.
• В мастерских автосервиса часто предлагают полностью заменить поломанный вариатор на новый дорогостоящий механизм. Стоимость нового вариатора составляет более 30% от общей цены на автомобиль.

Внимание: Многие водители отмечают в поведении вариатора некоторую медлительность при переключении передач – эффект задумчивости. Не всех автовладельцев удовлетворяет задержка в одну-две секунды.

Устройство тороидального вариатора

В отличие клиноременной конструкции, вариатор тороидального типа состоит из двух дисков, выполненных в виде вогнутых криволинейных поверхностей. Вращение от ведущего элемента на ведомый передается при помощи специального ролика скользящего действия. При его наклоне и перемещении к наружному диаметру ведомого диска происходит увеличение передаточного числа. Соответственно, при наклоне ролика в противоположную сторону и смещении к центру диска, передаточное отношение вариатора снижается.

Схема устройства и принципа действия тороидального вариатора:

Основные требования к тороидальным вариаторам: высокий коэффициент полезного действия, длительный срок эксплуатации. Чтобы обеспечить выполнение поставленных задач, при изготовлении элементов вариатора используются дорогостоящие материалы, современные технологии.

Тороидальные вариаторы отличаются относительной простотой, однако, такие вариаторы редко применяются в современном автопроизводстве. Это объясняется следующими факторами:

• повышенная требовательность к точности изготовления рабочих элементов;
• прочности поверхностного слоя сопрягаемых дисков и роликов;
• использование дорогих технологий при изготовлении узлов и деталей;
• сложность настроек;
• высокая стоимость специальных смазочных материалов.

Как работает тороидальный вариатор

Глядя на схему тороидального устройства, может показаться, что оно не относится к механизмам вариаторного типа. Здесь отсутствует ременная передача, шкивы не перемещаются относительно друг друга (не сходятся и не расходятся), валы стоят неподвижно. Но, если проанализировать принцип действия данного механизма, получается, что он очень похож на классический вариатор:

1. Ведущий диск вариатора прочно сидит на выходном валу двигателя внутреннего сгорания.
2. Ведомый – передает вращение на приводной вал главной передачи.
3. Ролики передают момент вращения от силового агрегата на ведомый диск.
4. Передаточное число изменяется, в зависимости от угла наклона роликов и места контакта с дисками.

Благодаря двум степеням свободы, ролики вариатора могут крутиться вокруг своей оси, а также совершать наклоны в вертикальном направлении. В результате происходит их контакт с дисками на различных уровнях.