Устройство вариаторной коробки передач: виды, устройстово и принцип работы

Содержание

виды, устройстово и принцип работы

Коробка передач CVT (Continuously Variable Transmission), или вариатор, относится к классу автоматических КПП с возможностью бесступенчатого изменения передаточного отношения в довольно широком диапазоне. Что означает эта фраза на практике для обычного водителя? Примерно следующее: передачи в коробке будут переключаться автоматически и плавно (без рывков), динамика разгона будет иметь оптимальные значения, а показатель расхода топлива оставаться минимальным. И все это за счет идеального сочетания передаточного отношения в трансмиссии и нагрузки на двигатель в конкретный момент времени. Звучит неплохо и, действительно, вариатор cvt, с инженерной точки зрения, является оптимальной КПП из всех существующих на данный момент. Но все ли так гладко с ним? В статье разберем, что такое вариатор, его устройство и принцип работы, виды и особенности применения. Вы сможете сами оценить заложенные в конструкции преимущества и, конечно же, его недостатки.

Принцип работы CVT и его виды

Клиноременный вариатор

Движение конусов в клиноременном вариатореДвижение конусов в клиноременном вариатореКлиноременный вариатор

Наиболее распространенным типом вариатора на сегодняшний день является клиноременный. В основе конструкции такого вариатора лежит ременная передача, состоящая из двух шкивов конусообразной формы и клиновидного ремня, натянутого между ними. Передача крутящего момента от ведущего шкива к ведомому происходит при помощи специального ремня, то есть за счет сил трения, возникающих в пятне контакта ремня и шкивов. Пятно контакта представляет собой окружность, имеющую свой эффективный диаметр.

varvarИзменение эффективного диаметра

Таким образом, если мы будем изменять эффективный диаметр на входном и выходном шкивах, то будет меняться и передаточное отношение, а следовательно, и скорость движения автомобиля. Если диаметр ведомого шкива больше ведущего, то передача будет понижающая, если меньше – то повышающая. Если диаметры входа и выхода равны, то передача прямая. Изменение эффективного диаметра контакта происходит за счет изменения расстояния между конусами шкивов: одна часть шкива закреплена неподвижно, а вторая имеет возможность осевого перемещения.

Перемещение происходит за счет давления рабочей жидкости. Причем гидравлическое управление реализовано, как правило, только на ведущем шкиве, ведомый же изменяет свой диаметр за счет натяжения ремня и возвратной пружины. Таким образом, незначительно изменяя давления рабочей жидкости, можно изменять положение шкивов и эффективный диаметр контакта ремня, тем самым в достаточно широком диапазоне изменяя передаточное отношение в трансмиссии. И, что немаловажно, делать это бесступенчато и плавно. Именно в принципе работы вариатора заключаются все его основные преимущества и недостатки.

Тороидный вариатор

Принцип действия торового вариатораПринцип действия торового вариатораТороидный вариатор

Состоит из двух противоположно направленных конусовидных дисков (ведущий и ведомый), соединенных роликами. Последние, синхронно перемещаясь по изгибу дисков, изменяют передаточное отношение. При контакте роликов с ведущим диско

Вариатор. Устройство и принцип работы вариаторной коробки передач.

Подробности
Категория: Трансмиссия
Опубликовано: 18 декабря 2014
Просмотров: 25068

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.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

Сегодня мы рассмотрим особенности функционирования автомобильной коробки передач вариаторного типа. Кроме того, узнаем, что называется вариатором и расскажем про принцип работы такой трансмиссии 

 ВАРИАТОРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ. ПРИНЦИП РАБОТЫ


Добрый день, сегодня мы рассмотрим особенности функционирования автомобильной коробки передач вариаторного типа. Кроме того, узнаем, что называется вариатором и расскажем про принцип работы такой трансмиссии. В завершении обзора вариаторной коробки передач будет рассказано про ее достоинства и недостатки, исходя из экспертных мнений специалистов по обслуживанию автомобилей.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

Вариатором называется коробка передач бесступенчатого типа с внешним управлением, которая обеспечивает в автоматическом режиме производить переключение передаточных чисел, выбирая согласно нагрузке на узлы и в соответствии текущими оборотами мотора подбирать оптимальную передачу, тем самым эффективно используя мощность двигателя. На сегодняшний день широкую популярность получили 2 вида вариаторов, такие как: тороидная и клиноременная.

1. Что такое вариатор и как он работает

Такой вид вариатора, как клиноременный включает в себя несколько ременных передач, как правило от одной до двух. Шкивы созданы коническими дисками, которые сужаются и разъезжаются изменяя свой диаметр, а также передаточное число. Современные компании, которые производят разные виды вариаторов разработали свои уникальные конструкции клиноременных устройств. Например в коробке передач с типом действия “Мультитроник” вместо ремня используется специальная цепь, а производитель автомобилей компания Хонда устанавливает ремень, который создан из металлических пластин. Однако принцип действия первого и второго устройства не меняется.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы
Как мы сказали выше в основе вариаторной установки размещается клиновидный ремень, который в разрезе трансмиссии выглядит в виде трапеции и входит в шкив боковой поверхностью зубцов. С течением времени, когда происходит изнашивание поверхности зубцов, благодаря своему оригинальному виду, он врезается глубже в сам шкив. При этом износ практически не влияет на работоспособность узла, он все равно остается в оптимальной сцепке со шкивом.Вариаторная коробка передач. Принцип работы
Для того, чтобы автомобиль тронулся с места, применяется простое сцепление или гидротрансформатор небольшого размера. При трогании автомобиля, гидротрансформатор блокируется. Электронная система из сервоприводов обеспечивает управление дисками шкивов, а также контролирует главный блок управления, основные и вспомогательные датчики, отвечающие за работу трансмиссии.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

Передаточное число в такой коробке передач, как вариатор изменяется при помощи ведущего шкива, который при помощи своей крайней поверхности и под воздействием центробежной силы плавно сжимает и выталкивает ремень клиновидного типа, как можно дальше от центра шкива. При этом ведомый шкив осуществляет противоположные действия и разжимается, а ремень тем временем плавно погружается в центру самого шкива. При увеличении оборотов двигателя, происходит усиленное сжимание главного шкива и разжимание ведомого. Таким образом происходит изменение передаточного числа от коленчатого вала к заднему колесу. Вышеописанную процедуру изменения передаточного числа вариатором можем наглядно увидеть на изображении ниже.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

Другой вид вариаторной трансмиссии, которая называется тороидная устроена про другому. Тороидная трансмиссия включает в себя диски соосного типа и ролики, которые передают крутящий момент от одного диска к следующему. Процесс изменения передаточного числа в такой трансмиссии происходит под воздействием смены положения роликов, а также их радиусов, по которым они приводят в движение диски. В тороидном виде вариаторной установки все усилие расположено в определенной рабочей области или пятне контакта и для поворота роликов необходимы специальные устройства, которые преодолевают прижимную силу ролика к поверхности диска.

2. Преимущества и недостатки вариаторной трансмиссии

Сразу начнем с недостатков, которые имеются в вариаторных установках. К минусам таких трансмиссий относятся в первую очередь ременные приводы для клиноременного вида вариаторов, а для тороидного – рабочая область контакта диска и ролика, где показатель давления имеет уровень 10 тонн. Исходя из вышеописанных недостатков в вариаторных установках не зря используются высокотехнологичные масла, детали и элементы, которые обеспечивают высочайшую надежность установок. Благодаря специальным материалам, ресурс и надежность вариаторов сопоставим с классическими автоматическими коробками передач. В среднем ресурс вариаторной коробки передач при правильном обслуживании составляет не менее 350-400 тысяч километров пробега до серьезного ремонта или замены.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

В связи с тем, что высокие нагрузки на ремень или рабочую область (пятно контакта) напрямую влияют на ресурс того или иного вариатора, то такие трансмиссии не могут функционировать с моторами большой мощности, а также на транспортных средствах, которые участвуют в перевозке грузов. Отметим, что для грузовых автомобилей вариаторы не применяются, так как непригодны. Для легковых автомобилей, вариаторы отлично сочетаются и считаются трансмиссиями будущего. Вариаторные коробки передач постоянно дорабатываются и совершенствуются, поэтому множество недостатков таких установок выявленных в прошлом уже канули в лето. 

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

При сопоставлении характеристик автомобиля по динамике, которые оснащены вариатором, у владельцев таких машин возникают вопросы: “Почему на одном и том же транспортном средстве разгон с вариаторной трансмиссией осуществляется с отставанием в сравнении с машиной оснащенной механической коробкой передач?” Ответ прост, все дело в привычке водителя, так как многие автовладельцы привыкают к тому, что автомобиль с вариатором все время находится в одном монотонном режиме. Как правило, водители, особенно со стажем привыкли, что звук мотора нарастает по мере необходимости переключения селектора коробки передач, поэтому сегодня компании, которые производят вариаторные трансмиссии делают специальную настройку электронного блока управления устройства таким образом, чтобы осуществлялись небольшие рывки и повышенный звук двигателя при наборе скорости. Заметим, чтобы вариатор в сочетании с двигателем быстрее набирал скорость или раскручивался, применяется специальная настройка блока управления, которая позволяет оптимизировать разгон на 25-30 процентов.

3. Эксплуатация вариатора и его долговечность

Официальных рекомендаций или правил применимо к эксплуатации вариаторных трансмиссий нет, не в технических документациях к автомобилям, не в мануалах. Отметим, что по отзывам автовладельцев и экспертов, современные вариаторы неплохо выдерживают езду по пересеченной местности, бездорожью также, как и автомат классического типа. Если вариатор обслуживать с такой же периодичностью, как и обычный автомат, то прослужит он верой и правдой. Давайте разберем эксплуатацию вариатора на примере современного кроссовера средних габаритов с мощностью двигателя от 2 до 2.5 литров и снаряженной массой до 1800 килограмм.

Вариаторная коробка передач. Принцип работы

На долговечность вариаторной трансмиссии в первую очередь влияют 2 фактора: самый главный – это стиль и манера вождения, а дополнительным моментом является своевременная замена масла и расходных элементов устройства. Замена трансмиссионных жидкостей в соответствии с регламентом в суровых условиях эксплуатации, то есть при систематической езде по пересеченной местности на высоких скоростях или в нагруженном состоянии, осуществляется через 50 – 70 тысяч километров пробега. При эксплуатации автомобиля, на примере кроссовера в обычных условиях, например городского режима, то срок замены трансмиссионных жидкостей не регламентирован, то есть вариатор является, как и классический автомат  не обслуживаемым весь срок функционирования транспортного средства. Заметим, что у некоторых моделей, как правило, легковых, замена масла в трансмиссии осуществляется каждые 60-80 тысяч километров пробега исходя из рекомендаций завода изготовителя.Вариаторная коробка передач. Принцип работы

При появлении у автомобиля оснащенного трансмиссией вариаторного типа подергиваний при переключении селектора в режим “Drive” (“D“), ощущаются задержки при трогании транспортного средства с места, или обнаружились подтормаживания во время движения, разгона, говоря по народному “вариатор начинает тупить“, то необходимо морально, а также и физически готовится к ремонту устройства, а может даже замене при небрежном отношении к узлу. Кроме того, возникают ситуации, когда вариатор просто заклинивает и он замирает в каком то одном передаточном режиме, в таком случае потребуется замена мотора шагового типа. Если же вариатор напрочь отказывается производить переключения передач, в этом случае потребуется ремонт или замена блокировки селектора, а возможно и сам селектор.


Видео обзор: “Вариаторная коробка передач. Принцип работы”

В заключении отметим, что такой вид трансмиссии, как вариатор является технологически совершенным типом коробок передач в сравнении с классическими автоматами. В отличие от обычного автомата, вариатор обладает лучшей динамикой, меньшим расходом топлива и более плавной ездой. Кроме того, вариаторные трансмиссии по своей конструкции намного проще. Также отметим, что всем обладателям автомобилей с вариатором необходимо учитывать тот факт, что через 100-120 тысяч километров пробега, даже при правильной эксплуатации устройства, потребуется замена ремня толкающего типа. Стоить данная деталь не мало, но если замену не произвести в срок, то он может довольно скоро вывести из строя весь вариатор. Заметим, что содержание вариатора после 6 лет эксплуатации может обходится совсем не дешево.

БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ. 
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.

Вариатор:описание,фото,принцип работы,устройство,виды | АВТОМАШИНЫ

Идея переключения передач без участия водителя появилась уже давно. Она существует еще с первых автомобилей, появившихся на конвейере завода «Ford». Люди модернизировали механические КПП, создали полуавтомат, АКПП, но не добились нужной плавности и полного ощущения спокойного переключения, потому как любая трансмиссия подразумевала толчок и включение, что являлось не всегда комфортным. Да и расход топлива от этого возрастал, потому что мотор необходимо достаточно хорошо раскручивать, чтобы получить нужное ускорение, без ущерба для агрегата. Одной из идей развития автоматической коробки, стала коробка передач с бесступенчатым переключением

Содержание статьи

История вариатора

Автомобиль, скорость которого зависела бы исключительно от скорости вращения двигателя, был бы крайне неудобен в эксплуатации. Представьте, что в машине имеется только одна передача, например, первая или третья. В одном случае вы бы смогли ехать довольно быстро, но автомобиль бы долго разгонялся и медленно ехал в гору. В другом все было бы с точностью до наоборот – легкий старт, но крайне медленная скорость движения. Из-за таких трудностей и была разработана первая механическая трансмиссия.

Время шло, и каждый автопроизводитель пытался упростить управление машиной (всем прекрасно известно, какие трудности у некоторых водителей вызывает МКПП). В ходе таких изысканий и была разработана сначала автоматическая коробка, затем робот, ну и, наконец, вариатор, имеющий бесконечное число передач.

Вариатор – что это

Вариатор – это новый тип КПП, наравне с остальными видами трансмиссиями, тоже прочно входит в жизнь многих автовладельцев. Несмотря на всю его простоту и гениальность, эта система еще до сих пор не достигла совершенства. Сегодня вы узнаете о том, как применяется вариатор, его принцип действия, что отличает его от автоматической коробки и как такое устройство применяется на автомобилях.

Принцип работы клиноременной КПП

Если говорить простым языком, устройство работает следующим образом. Существует два шкива: один ведущий, подключающийся к силовому агрегату, другой – ведомый, подключаемый к приводам колес. Валы соединяются ремнем или цепью.

 

Шкивы не литые, а сделанные из двух конических половинок, которые могут сходиться и расходиться, изменяя диаметр этой конструкции.

Принцип работы довольно простой: допустим, наш автомобиль «трогается» с места и ему нужно больше сил. Чтобы снизить нагрузку на мотор, конусы на ведущем вале расходятся, и он уменьшается в диаметре. Ведомый шкив, наоборот, должен быть максимального диаметра, поэтому его конусы сводятся. Таким образом, двигатель совершает оптимальное количество оборотов в каждом конкретном случае, что снижает нагрузку на него.

При повышении скорости, соответственно, изменяются и диаметры шкивов – ведущий увеличивается, а ведомый уменьшается. Все это необходимо для стабилизации работы силового агрегата, а также для уменьшения тягового усилия.

Изменением диаметров на каждом из шкивов занимается электронная система, получающая данные из бортового компьютера и ЭБУ.

Плюсы такого варианта в более низкой стоимости и в простоте конструкции, из-за чего цена трансмиссии чуть ниже, чем на другие типы вариаторов.

Устройство клиноременной коробки CVT

Поскольку тороидальный вариант достаточно дорог в производстве и применяется только на премиумных автомобилях, имеет смысл рассказать об устройстве только клиноременного типа.

 

Как и робот, вариатор устанавливается либо продольно, либо поперечно. Основные его компоненты:

  • Система сцепления. Простейшее устройство, предназначенное для соединения двигателя с трансмиссией и, при необходимости, ее отключения (так называемая «нейтралка»).
  • Гидротрансформатор, использующийся также и в обычной АКПП.
  • Валы с изменяющимися конусами.
  • Ремень или цепь для их соединения. Кстати, оба компонента изготавливаются только из прочных металлов, поскольку на них приходится большая нагрузка.
  • Масло, применяющееся для снижения трения между валами, а также для нагнетания давления.
  • Насос, создающий то самое давление. Оно необходимо для правильной работы конусных частей. Иногда он может отсутствовать (в таких случаях за изменение диаметра шкивов отвечает либо гидравлика, либо пружина).
  • Гидроблок, выполняющий функцию подачи масла по различным каналам к обоим шкивам. Кстати, если при работе вариатора возникают различные толчки или пробуксовки, чаще всего это свидетельствует о поломке гидроблока.
  • Система фильтров, не позволяющая масляным каналам забиваться отложениями и металлическим мусором.
  • Радиаторы, отводящие тепло от коробки передач. К сожалению, без них такая трансмиссия довольно быстро перегревается, особенно во время пробуксовки или езды по бездорожью.
  • Электронная система управления, получающая команды от ЭБУ и изменяющая диаметр каждого из валов в зависимости от скорости и нагрузки.
  • Устройство, отвечающее за включение реверсного хода.

Как правильно пользоваться вариатором

Принцип управления вариатором такой же, как автоматической коробкой передачи. Обе коробки имеют по две педали (газ и тормоз ). При управлении автомобилем с вариатором, вы не услышите и не почувствуете переключение передач — оно просто повышает и понижает частоту вращения двигателя по мере необходимости, вызывая более высокие скорости вращения двигателя для лучшего ускорения и более низкие обороты для лучшей экономии топлива во время режима «круиз».

Многие автомобилисты первый раз сев за руль автомобиля с вариатором в глаза первым бросается то, что автомобиль звучит совсем по другому. Когда вы резко нажимаете на педаль газа, двигатель работает так же, как и на скользящей муфте или неисправной автоматической коробке передач. Это нормально — вариатор регулирует частоту вращения двигателя, чтобы обеспечить оптимальную мощность для ускорения. Некоторые вариаторы запрограммированы на поэтапное изменение соотношений, чтобы они больше походили на обычную автоматическую коробку передач. В управлении автомобилем в вариативной трансмиссией нет никаких отличий от управления автомобилем с автоматической коробкой передач.

Коробка вариатор плюсы и минусы

Автомобиль с вариатором, в конечном счете, будет более экономичным, чем обычный автомобиль, особенно для остановки / начала движения или когда вы постоянно меняете скорость. Старт автомобиля будет более гладким и более тихим. Однако, чем больше этих преимуществ вы получаете, тем больше автомобиль чувствует себя на моторной лодке, где вы получаете странное ощущение увеличения скорости при неизменных оборотах двигателя. Если вы можете жить с этим, и это не придаст вам никакого дискомфорта, то вариатор вполне вам подойдет. Более детально о плюсах и минусах вариаторов ниже.

Плюсы вариатора

Основным  преимуществом вариатора является эффективность, которую он может предложить. Транспортные средства, которые включают CVT, оценены среди самых эффективных транспортных средств и могут предложить значительную экономию топлива. Сегодня почти все гибриды используют вариатор для максимальной экономии топлива. Еще одно преимущество CVT замечено при движении по крутым склонам. Нормальные автоматические коробки передач могут иногда испытывать трудности при большой нагрузке, когда вариатор почти сразу может найти точное соотношение, необходимое для плавного обеспечения мощности без каких-либо переключений. Эти плавные переключения передач являются еще одним преимуществом для водителя, поскольку они могут предложить чрезвычайно плавные поездки, даже не чувствуя «сдвига» транспортного средства.

Минусы вариатора

Хотя вариатор может предложить непревзойденную экономию топлива, у него есть существенный минус. Основной  недостаток данных трансмиссий — это ценник, с которым они продаются. Типичная замена трансмиссии часто может стоить от 2 000 долларов в случае поломки. Из за особенностей устройства, блок CVT не будет работать так же долго, как обычная автоматическая коробка передач. В среднем срок службы этой трансмиссии составляет 150 – 200 тысяч километров. Еще более важно отметить тот факт, что, когда они выходят из строя, в 9 из 10 раз они должны быть заменены. Причиной этого является то, что детали очень дороги, их может быть трудно, если не невозможно найти, и, как правило, цена за замену деталей получается такая, что дешевле будет произвести полную замену. Другим недостатком вариатора является то, что они не могут выдержать мощность, которую может выдержать автоматическая или механическая коробка передач. По этой причине блок CVT не используется в машинах с большой производительностью.

Как правильно буксировать на вариаторе

Можно ли буксировать вариатор? В отношении буксировки транспортного средства с вариатором следует отметить несколько моментов. Для буксировки транспортного средства, оборудованного бесступенчатой ​​трансмиссией, под ведущими колесами буксируемого транспортного средства должна быть установлена ​​буксирная тележка.

Никогда не буксируйте автомобиль с передним приводом с вариатором и с передними колесами на земле или четырьмя колесами на земле. Если вам необходимо буксировать автомобиль, оборудованный вариатором, сзади, то спереди на земле, используйте буксирные тележки под передними колесами. Невыполнение этого требования может привести к серьезным, дорогостоящим повреждениям вашего автомобиля.

Никогда не буксируйте полноприводные модели CVT, такие как Murano, с любой парой колес на земле. Это может привести к серьезным дорогостоящим повреждениям

Чем отличается вариатор от «автомата» и «робота»

При покупке авто даже опытный автомобилист не всегда сможет разобраться, какая коробка передач в нём установлена. Приводим советы, как отличить АКПП, CVT и «робота» визуально.
Советуем вам почитать о том, как устроена секвентальная коробка передач.
Найти отличия между автоматической и вариаторной коробкой передач при посадке в салон авто невозможно. И та и другая выглядят идентично: один рычаг управления, одинаковое обозначение режимов.
Существует 4 основных признака, по которым можно определить тип КП:
Количество режимов. Вариаторы могут содержать меньшее количество режимов — обычно 4: «P», «N», «D», «R». В современных «автоматах» присутствуют ещё и дополнительные. Указание типа КП рядом с маркой автомобиля.
Чтобы разобраться, какая же всё-таки КП установлена в машине, следует осмотреть её снаружи сзади. Большинство производителей около обозначения марки и модели сообщают и тип трансмиссии — «AT» или «CVT». Разница в «поведении» транспорта в ходе езды. У авто с АКПП будут присутствовать рывки и толчки. У транспортных средств с вариатором их не будет. Кроме того, у последних будут слышны щелчки в коробке. Разное «поведение» машины при подъёме на горку. Если при движении под гору затормозить и отпустить педаль газа, автомобиль с АКПП будет плавно двигаться вперёд без отката назад. Автос вариатором сделает откат назад и не будет осуществлять движение вперёд на холостых оборотах.
При отсутствии возможности воспользоваться вышеперечисленными способами за информацией о типе трансмиссии следует обратиться:
к добросовестному продавцу, к опытному автослесарю, к сопроводительной документации авто. 

Вариатор, робот или автомат: что выбрать?

Робот – лучший выбор для тех, кто хочет получить преимущества механики и управляемость АКПП.

Автомат – отличный и проверенный временем вариант. У таких автомобилей нет проблем с ремонтом, да и стоимость их ниже, однако при переключении передач на некоторых моделях все еще могут наблюдаться толчки или пробуксовки.

Вариатор – оптимальный выбор, если вы хотите получить хорошую управляемость, оптимальный расход топлива и максимальную оптимизацию. Однако такие автомобили все еще недостаточно распространены в России и, следовательно, имеются сложности при их ремонте (высокая цена расходников и трудности с поиском мастера).

Как видите, объективно самого лучшего варианта не существует, однако, вариатор имеет большие перспективы в развитии и поэтому можно обратить внимание на автомобиль именно с такой КПП.

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.

Регулятор давления топлива:описание,фото,назначение,устройство
Выхлопная система: описание,фото,назначение,тюнинг
Датчики давления в шинах: комфорт или мука?
Как правильно использовать турбокомпрессор?

устройство, принцип работы вариатора, плюсы и минусы вариаторной коробки передач.

Вариатор (CVT) — бесступенчатая коробка передач, которая в определенном диапазоне позволяет добиться максимально плавного изменения передаточного числа. Главным отличием вариаторной коробки передач от аналогов является достаточно эффективное использование мощности ДВС.  

Коробка CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, «все время изменяющаяся трансмиссия») позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузок на двигатель, скорости движения ТС и т.д. В результате вариатор позволяет добиться высокой топливной экономичности.

Содержание статьи

Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора

Начнем с того, что существует несколько типов вариаторных КПП, однако на автомобилях используется клиноременный и тороидный вариатор, при этом клиноременной вариатор встречается намного чаще.

Устройство современной коробки-вариатора включает в себя такие элементы:

  • Специальный механизм, который отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на вариатор, а также разъединяет коробку и ДВС при постановке на нейтральную передачу;
  • Сама коробка-вариатор (другое название «вариаторная передача»), а также отдельный механизм, который позволяет автомобилю двигаться назад;
  • Электронная система управления коробкой с входными и выходными датчиками;

Чтобы передать момент от двигателя, могут быть использованы: гидротрансформатор, центробежное автоматическое сцепление, электромагнитное сцепление, которое управляется электроникой, а также многодисковое сцепление. Чаще всего для этих целей используется гидротрансформатор (ГДТ), что позволяет добиться плавности и тем самым увеличить ресурс вариаторной коробки передач.

Что касается самой КПП, клиноременной вариатор включает в себя одну или две ременные передачи. Такая передача фактически является двумя шкивами, которые соединяются при помощи клиновидного ремня. Шкив образует пара конических дисков, причем диски могут сдвигаться и раздвигаться. Так удается менять диаметр самого шкива.

Чтобы сдвинуть конусы, задействовано гидравлическое давление, усилие пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом наклона 20°. Это позволяет ремню перемещаться по поверхности шкива, при этом сопротивление минимально.

На начальном этапе такие вариаторы оснащались ремнем из резины, однако ресурс самого ремня оказывался небольшим. Сегодня вместо резины устанавливается металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе КПП создается меньше шума,  а также  решение служит заметно дольше, чем резиновый аналог.

Вращение передается посредством силы трения между шкивами вариатора и боковой поверхностью ремня. Также в некоторых вариаторах может использоваться стальная цепь. В этом случае речь идет о клиноцепном вариаторе.

Данный тип отличается от клиноременного вариатора тем, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи во время ее точечного контакта с коническими дисками. При этом сами конические диски выполнены из прочной стали, а клиноцепной вариатор имеет наилучший КПД.

Еще отметим, что вариатор не способен обеспечить возможность движения назад. Для того, что автомобиль с такой КПП имел задний ход, в коробку интегрируют различные механизмы. Чаще всего это планетарный редуктор, который активно используется в АКПП.

Что касается управления вариатором,  система электронная, производит синхронное изменение диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Также осуществляется управление сцеплением и планетарным редуктором.

Водитель управляет КПП при помощи селектора, а сами режимы напоминают режимы работы гидромеханической  АКПП. Более того, в вариаторной коробке можно выбирать фиксированные передаточные отношения, что позволяет реализовать функцию ручного переключения передач, подобно Tiptronic на АКПП.

Еще добавим, что тороидный вариатор отличается от описанных выше ременных и цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидную поверхность. Между валами зажимаются ролики.

Чтобы изменить передаточное число в таком вариаторе, необходимо менять положение роликов. При этом крутящий момент передается посредством сил трения между рабочими поверхностями.

Как работает вариатор в автомобиле

Если говорить о принципе работы вариаторной коробки, диаметр шкива вариатора постоянно изменяется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только трогается с места, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, то есть конические диски полностью разведены.

Ведомый диск в этот момент имеет самый большой диаметр, когда конические диски максимально сжаты. Когда обороты двигателя начинают расти, диаметр ведущего шкива становится больше, а ведомого уменьшается, что позволяет уменьшить передаточное число.

Как видно, вариатор путем уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет двигателю работать в оптимальном режиме, чтобы получить максимум мощности и добиться лучшей динамики.

Плюсы и минусы вариатора

Прежде всего, такая трансмиссия является бесступенчатой. Это значит, что во время езды отсутствует необходимость переключаться на так называемы «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, нет задержек между переключениями со ступени (передачи) на ступень.

В результате достигается максимальный комфорт  при езде на машине с вариатором. Однако данное решение не лишено недостатков. Прежде всего, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту, то есть вариатор не ставят на автомобили с мощным двигателем. Еще одним минусом является сложность устройства самой вариаторной коробки передач, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.

Читайте также

Коробка вариатор — принцип работы, чем хорош, минусы плюсы АКПП, ремень, замена масла

Вариативная или бесступенчатая автоматическая коробка передач, еще недавно считавшаяся диковинкой, все чаще предлагается в современных модификациях моделей. Так, установка вариатора часто присутствует в новых автомобилях Ауди, Ниссан, Тойота, Хонда, Митсубиси и других ведущих автомобильных марок мира. Давайте рассмотрим, чем же хорош вариатор, каков принцип работы данного вида АКПП и каковы плюсы и минусы в сравнении с классическим автоматом.

фото вариатор

Даже не будучи владельцем авто с вариативной коробкой, многие просматривая автомобильные издания или таблицы, в которых собраны технические характеристики, наверняка встречали слово вариатор. К автоматическим коробкам переключения передач все уже привыкли, а к механическим тем более. Вариатор же оказывается на слуху у большинства обывателей реже. Хотя он не является какой-то новой разработкой современных автокомпаний, а изобретен был еще несколько веков назад.

Самый первый вариатор придумал не кто иной, как Леонардо да Винчи в 1490 году, а патент на данный агрегат был выдан во второй половине ХIХ века. Стоит заметить, что способный ездить автомобиль с такой трансмиссией впервые появился только через пятьсот лет после ее изобретения – в 50-х годах ХХ века. Вариатор устанавливали на легковые машины марки DAF (тогда этот производитель еще занимался выпуском легковушек наряду с грузовиками). Впоследствии чем-то подобным оснащали и некоторые модели автомобилей Volvo, но широкого распространения такой вид АКПП не получил, в отличие от настоящего времени.

Устройство вариатора

Вариатор, или по-английски continuously variable transmission (CVT), внешне представляет собой ту же автоматическую коробку передач. С виду невозможно определить, что в машине установлен именно он, ведь рычаг его ничем не отличается от рычага обычной классической АКПП, даже режимы трансмиссии те же: P, R, N, D. Однако принцип работы вариатора совершенно другой, в нем нет привычного, фиксированного количества передач, таких как 1-я, 2-я и так далее. Передач в вариаторе огромное множество, они постоянно варьируются, отсюда и название самого устройства. Именно поэтому нет никаких толчков ни при трогании автомобиля с места, ни при переходах с одних оборотов на другие. Вариатор в процессе езды машины, по мере ее разгона и замедления, плавно и аккуратно меняет передаточное число.

Принцип работы вариатора

Среди вариаторов есть много типов, в зависимости от устройства. Это и цепные, клиноременные и тороидальные, но встречаются и другие виды привода. Самый распространенный среди них тип вариатора — клиноременный со шкивами переменного диаметра, о котором и пойдет речь далее.

фото вариатора с ременным привидом

Чтобы было немного понятнее, как устроен такой вариатор, можно представить себе две одинаковые трубки, расположенные параллельно и недалеко друг от друга. Если стянуть их резинкой и начать крутить одну из них, то сразу будет раскручиваться и другая, причем скорость их будет одинаковая. Однако если трубки будут разного диаметра, то соотношение скоростей будет совсем другое – более широкая трубка будет крутиться медленнее.

Принцип работы вариатора такой же, только диаметр таких вот цилиндров у него постоянно изменяется. Он состоит из двух шкивов, каждый из которых представляет собой пару конусов, расположенных вершинами друг к другу. Между этими шкивами зажат специальный клиновый ремень.
Каждая пара конусов, двигаясь в направлении друг к другу и обратно, изменяет рабочий диаметр шкивов. Когда конусы будут раздвигаться, ремень, обращенный к ним ребрами, будет проваливаться в середину шкива и огибать его по меньшему радиусу. При движении конусов друг к другу радиус получится, наоборот, больший.
Управляет шкивами обычно гидравлическая система, которая строго синхронизирует сближение конусов одного шкива и расхождение конусов другого. Один из шкивов расположен на ведущем валу, идущем от двигателя, а второй – на ведомом, идущем к колесам. Благодаря этому возможно наладить изменение передаточного отношения в очень широком диапазоне.
Для обеспечения возможности совершения автомобилем заднего хода в коробке-вариаторе предусмотрен специальный узел, который меняет направление вращения выходного вала. Этим узлом может являться, например, планетарная передача.

Ремень вариатора

Особого внимания требует вопрос о том, какой же ремень используется в вариаторе. Потому что обычный текстильный прорезиненный ремень, используемый для привода генератора или кондиционера и прочем подобном оборудовании, здесь не подойдет, так как его ресурс будет очень маленьким — он скоро износится. Клиноременные вариаторы имеют ремни с весьма сложным строением.
В качестве ремня может быть использована лента из стали со специальным покрытием либо совокупность стальных лент (тросов) со сложным сечением, с нанизанным на них множеством тонких стальных пластинок в форме трапеции. Края этих пластинок соприкасаются со шкивами. Стоит отметить, что именно такое устройство позволяет ремню иметь толкающие свойства, способность передавать мощность не только той своей частью, которая бежит к ведущему валу, но и обратной. В этой ситуации обычный ремень просто бы сложился, попытавшись передать сжимающее усилие, а стальной, наоборот, становится более жестким.
Также выступать в роли ремня вариатора может и широкая стальная цепь из пластин, своими краями контактирующая с конусами шкивов. Такой ремень, в частности, используется в вариаторах, устанавливаемых на автомобили Audi.

фото вариатор с цепным приводом

Смазка цепи осуществляется особой жидкостью, которая способна изменять свое фазовое состояние при сильном давлении на нее в месте, где она соприкасается со шкивом. Поэтому цепь способна передавать довольно большое усилие, почти не проскальзывая, хоть площадь контакта совсем небольшая.

Чем хорош вариатор

В зависимости от того, какая программа выбрана, вариатор будет самостоятельно менять при разгоне передаточное число. При езде на автомобиле с обычной коробкой осуществляется постепенное переключение передач и увеличение оборотов двигателя. А автомобиль с вариатором набирает скорость на неизменных оборотах, соответствующих максимальной величине крутящего момента. Изменяется при этом передаточное отношение.
Тем, кто пересядет с машины, работающей с привычной коробкой передач, на авто с вариатором, будет наверняка некомфортно набирать разгон. Ведь, после нажатия водителем педели газа двигатель выходит сразу на высокие обороты, и в течение всего набора скорости продолжает оставаться на них, при этом двигатель работает на высоких оборотах, издавая довольно ощутимый рев. Зато темп разгона у таких автомобилей выше, чем у машин с традиционной АКПП, и это можно отнести в плюсы вариатора.
Иногда настройки вариатора делают такими, что разгон с его помощью по ощущениям напоминает разгон с ростом оборотов двигателя. Конечно, когда автомобиль двигается в гору или замедляется, вариатор не останется на высокой передаче, даже если нажимать педаль газа. Его шкивы просто передвинутся назад для повышения выходного крутящего момента.
На некоторых машинах существует возможность устанавливать режим с определенным количеством так называемых «виртуальных» передач, между которыми вариатор будет переключаться подобно классической АКПП. В таком случае можно переключать эти установленные передачи даже самостоятельно, как на коробке-автомат с наличием ручного последовательного режима.

Минусы вариатора

Несмотря на такое большое количество достоинств, вариатор не лишен и недостатков. Одна из проблем – неспособность работать с более современными мощными двигателями, поэтому вариаторы и начали распространяться преимущественно в автомобилях компактного и среднего класса.
Однако нельзя не отметить, что создаются и такие вариаторы, которые способны на большее. Например, клиноременный вариатор с цепью Multitronic успешно работает на Audi A4 2.0 TFSI, мощность двигателя которого составляет 200 лс. А внедорожник Nissan Murano с двигателем V6 на 3,5 литра, развивающим 234 лс, оснащается клиноременным вариатором X-Tronic. Это чуть ли не самая крупная и тяжеловесная модель, на которую устанавливается вариатор. И при современном развитии технологий это, скорее всего, еще не предел.
Еще одним недостатком вариаторов является их дорогостоящее обслуживание и ремонт, а также потребность в специальной трансмиссионной жидкости, которая тоже обходится недешево. Для работающего на ремне вариатора замена ремня требуется каждые 100-150 тысяч км пробега. Замена масла на вариаторе может производиться чуть реже, чем в коробках-автомат (раз в 40-50 тысяч км), но и стоит оно гораздо дороже.
Несмотря на указанные минусы, вариаторы все-таки приобретают все большую популярность, причем стоимость их ниже, чем хороших автоматических коробок.
Благодаря тому, что в вариаторе число передач не ограничено, двигатель получает возможность работать на самых благоприятных для него режимах, будь то необходимость сильного и резкого разгона или неспешность при спокойном движении. Поэтому модели, оснащенные бесступенчатыми автоматическими коробками передач, считаются высокоэкономичными и в то же время обладающими высокой динамикой.

фото ручки управления вариатором Ауди

Стоит также отметить, что в последние годы идет тенденция к увеличению количества передач в коробках-автомат. Новейшие модели автоматических трансмиссий для легковых автомобилей насчитывают уже 8 и даже 9 ступеней. Такие меры принимаются как раз для достижения максимально возможной топливной выгоды и динамики разгона. Не исключено, что в ближайшем будущем начнут появляться АКПП с десятью, а то и с двенадцатью ступенями. Но все же вариаторы уже давно занимают то место в автомобильном мире, куда обычным автоматическим коробкам передач с их планетарными передачами-переключателями не добраться никогда. Потому что количество передач, имеющихся у вариатора, сосчитать просто невозможно.

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.

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.

схема передачи движения

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:

переключение

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:

Вариатор: что это такое и как работает-Топ-3 вариаторных коробок

Образец цепи, установленной в вариаторе авто фирмы АУДИ:

привод

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:

схема

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.

Описание бесступенчатой ​​трансмиссии

(CVT)

Бесступенчатая трансмиссия (CVT)

хвалят за возможность обеспечить плавное вождение и повысить топливную экономичность, но без фиксированных передаточных чисел как они работают?

IN A NUTSHELL, бесступенчатая трансмиссия, или вариатор, не предлагает фиксированных передаточных чисел, таких как механическая коробка передач, автоматическая трансмиссия или DSG (Direct Sequential Gearbox, новый тип автомобилей). Скорее, вариатор позволяет двигателю транспортного средства работать с наиболее эффективными оборотами в минуту (об / мин) для различных скоростей транспортного средства.Наиболее очевидное применение вариатора — это когда вы пытаетесь обеспечить максимальную топливную экономичность, поэтому Subaru использует парные двигатели Boxer и полный привод (полный привод увеличивает вес и может повлиять на расход топлива, увеличивая относительный расход топлива. Subaru по сравнению с внедорожником без полного привода в том же сегменте) с вариатором.

В этой статье на простом английском языке объясняется, как работает вариатор, почему производители его используют и как вождение автомобиля с ним требует некоторого привыкания.

Как работает автоматическая коробка передач

Обычная автоматическая коробка передач использует передачи для согласования скорости двигателя со скоростью движения. На низкой скорости двигатель вращает маленькую шестерню, которая соединена с большой шестерней, которая вращает колеса через другие компоненты трансмиссии. На каждый оборот маленькой шестерни большая шестерня вращается лишь на небольшую долю. Это похоже на использование пониженной передачи на велосипеде. А когда вы ведете машину на первой (самой низкой) передаче, вы знаете, что можете довольно сильно увеличить обороты двигателя и машина не едет очень быстро — причина в этом.

На более высокой скорости все наоборот. Теперь двигатель вращает большую шестерню, соединенную с маленькой шестерней, поэтому за каждое вращение большей шестерни меньшая шестерня поворачивается несколько раз. По ходу движения вы поймете, что на высшей передаче вашему двигателю нужно всего лишь 3000 об / мин на 100 км / ч, тогда как 3000 об / мин на первой передаче вы увидите только на скорости около 25 км / ч.

Между первой и высшей передачами есть другие передаточные числа, и в наши дни их обычно всего шесть, но в некоторых новых автоматах их целых девять.Комбинации передач тщательно подбираются таким образом, чтобы двигатель оставался в наилучшем диапазоне оборотов по мощности, крутящему моменту (усилию поворота) или эффективности. Но это всегда компромисс, даже с девятью скоростями. Кроме того, автопроизводители прилагают массу усилий, чтобы сгладить переключение передач, а также сделать их быстрее.

Таким образом, стандартная автоматическая коробка передач в некоторой степени скомпрометирована, потому что двигателю приходится выбирать лишь из нескольких передаточных чисел. Причина, по которой это не идеально, заключается в том, что двигатели лучше всего оптимизированы для работы только в узком диапазоне оборотов.Чем шире диапазон оборотов, над которым нужно работать двигателю, тем больше компромиссов приходится делать конструкторам. Как и все остальное, многоцелевое; вы покупаете объектив камеры с фокусным расстоянием от 18 до 300 мм, и он никогда не будет так хорош, как два объектива с диаметром 18 и 300 мм соответственно. Существуют всевозможные технологии, помогающие двигателям работать в диапазоне оборотов, например, регулируемые фазы газораспределения, но, тем не менее, фундаментальная проблема остается.

Почему вариатор лучше?

Введите CVT или бесступенчатую коробку передач.В этом дизайне полностью отсутствуют шестерни. Вместо двух шестерен здесь два шкива, соединенных ремнем. Двигатель вращает один шкив, а другой соединен с остальной трансмиссией с колесами. Магия вариатора заключается в том, что размер шкивов может меняться от маленького до большого, а между ними может быть бесконечное количество размеров.

Итак, сначала шкив двигателя будет маленьким, а второй — большим, как и на первой передаче. Но по мере того, как автомобиль набирает скорость, шкив двигателя плавно уменьшается в размерах, как и другой шкив.Фактически, вы все время переключаете передачу. Есть несколько разных способов добиться различий в размерах шкивов, но основной принцип всегда один и тот же.

Для водителя это означает, что двигатель может сразу перейти на лучший диапазон оборотов для данной ситуации. Этот диапазон оборотов, как правило, обеспечивает максимальную эффективность, максимальную мощность или максимальный крутящий момент. Оказавшись в благоприятном диапазоне оборотов, двигатель просто удерживает свои обороты, и передачи «меняются» по мере изменения относительных размеров двух шкивов.Результат — более плавный, эффективный и быстрый ход по сравнению с обычным автоматом. Однако есть и обратная сторона: потери энергии из-за трения больше у вариатора — от 5 до 15% в зависимости от типа, тогда как с обычными передачами они больше 2-5%. Как всегда, развитие сокращает разрыв, и тот факт, что вариатор позволяет двигателю оставаться на оптимальных оборотах, изменения более чем компенсируют дополнительную потерю эффективности.

Итак, все должны быть счастливы, верно?

Нет.

Проблема с вариатором

Вариаторы иногда ужасно себя чувствую; как будто тянется резинка, и многие водители думают, что с машиной что-то не так. Это связано с тем, что, когда вы тронетесь с места, двигатель сразу перейдет к точке оборотов и останется там, пока машина ускоряется. Это ощущается и звучит так, будто в машине пробуксовывает сцепление или неисправна автоматическая коробка передач. Это немного похоже на прогулку на лодке с небольшим подвесным двигателем: вы набираете обороты подвесного двигателя, и обороты остаются прежними, пока лодка набирает скорость.Вы также не получите такой скорости управления дроссельной заслонкой, если увеличите или уменьшите обороты, а это иногда непопулярно среди водителей. Короче говоря, никому не нравится опыт CVT, по крайней мере сначала, потому что он ужасно противоречит всему, к чему они привыкли.

Таким образом, производители обходят проблему, искусственно создавая «шестерни» в своих вариаторах. Проще говоря, это предварительно заданные точки, в которых конструкторы решают, что два шкива будут иметь определенные относительные размеры, как и обычные шестерни. Затем они настраивают вариатор так, чтобы фиксировать эти размеры шкивов, и, когда обороты двигателя заканчиваются, он «переключает передачу» на следующий набор относительных размеров шкивов.

Разве это не просто разрушает суть вариатора?

Ну да, но не совсем. Во-первых, эти «шестерни» представляют собой не что иное, как программные настройки в компьютере, определяющие относительные размеры двух шкивов, а не физически блокирующие шестерни. Таким образом, «передаточные числа» можно изменить в любое время, что немного проще, чем физически менять куски металла, называемые шестернями. Subaru проделала этот трюк с WRX, который в экономичном режиме имеет шесть скоростей, а в режиме производительности — восемь.Также Toyota утверждает, что вариатор Corolla имеет семь скоростей. Это вроде как есть, но они могли так же легко поставить туда 16 скоростей, но никто бы не воспринял это всерьез — это удивительно, но вариаторы — хороший пример того, где маркетинг превосходит хорошую логическую инженерию.

В любом случае, нам нужно изучить, почему Subaru выбрала, по-видимому, нелогично, шесть скоростей для эффективности и восемь для производительности. Почему не по восемь на каждого? Линии ответа в самом сердце системы вариатора.В режиме повышения эффективности вариатор в WRX не совсем соответствует увеличению оборотов и увеличению скорости. Вы можете видеть, как скорость автомобиля меняется, а обороты остаются неизменными в каждом из шести передаточных чисел. Это небольшая, но важная мера экономии топлива. На самом деле это не заметно, если вы его не ищите — иначе водители будут расстроены — и, конечно, было бы лучше не иметь передач и поддерживать двигатель только в одном диапазоне оборотов, но мы обсуждали, почему этого не делают.

В режиме производительности Subaru заблокировал вариатор — любое изменение оборотов означает изменение скорости.Относительный размер шкивов изменяется только в восьми заранее заданных передаточных числах («шестеренках»). Эффект представляет собой более прямую связь между педалью газа и скоростью, а также ощущение увеличения оборотов точно по мере увеличения скорости — это то, что ищут водители, ориентированные на производительность и спортивные состязания, хотя иронично, что желаемый эффект на самом деле медленнее и менее эффективен. .

Трансмиссии CVT также не могут обрабатывать такую ​​же мощность, как обычные трансмиссии, хотя ситуация постепенно меняется.Это одна из причин, по которой вы не видите их на мощных автомобилях или больших грузовиках. Вариаторы часто встречаются в небольших автомобилях и внедорожниках. Их часто используют в небольших промышленных транспортных средствах, таких как легкие тракторы, и вы также видите их на снегоходах. Небольшой внедорожник Tomcar