С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Устройство вариатора автомобиля

Устройство вариатора автомобиля


Вариатор, устройство и как он работает. Какие бывают вариаторы. Типы вариаторов и их устройство

Если говорить о технических характеристиках транспортного средства, можно услышать такое понятие, как бесступенчатый вариатор. Однако, для большинства водителей, такое слово является чем-то новым и загадочным. Ну что же, давайте попробуем узнать, что представляет собой вариатор и какую роль он исполняет в работе автомобиля. 

Устройство вариатора, виды вариаторов

На самом деле, вариатором именуют особенный вид автоматической коробки передач, который изобрели, как бы странно это не звучало, уже в 19 веке. Кроме того, историки утверждают, что первое устройство подобного типа еще в 15 веке было придумано Леонардо да Винчи.

Примерно во второй части двадцатого столетия, появились первые транспортные средства с вариаторами. Изначально, занимались ими инженеры от компании DAF, они добавляли их в конструкцию своих легковых и грузовых автомобилей. После чего, производители машин «Вольво», переняли у них этот тип трансмиссии и начали оснащать ими свои автомобили.

В принципе, вариатор — это и есть та самая автоматическая коробка передач. И внешне невозможно отличить, какого типа устройство установлено на транспортном средстве —  вариатор или коробка-автомат. Это связанно с тем, что визуально на транспортных средствах с вариатором вмонтированы такие самые две педали и коробка переключения передач. Но транспортное средство, имеющее в своем арсенале такое устройство, немного по другому работает.

Если говорить конкретно, то на автомобилях с вариатором не существует фиксированных передач первой либо второй скоростей и они переключаются очень плавно и фактически незаметно, из-за чего такое устройство часто называют бесступенчатой коробкой. Кроме того, отсутствуют толчки, которые, как правило, ощущаются, когда автомобиль трогается с места. Также, с помощью вариатора, случается незаметное и непрерывное изменение ПЧ при замедлении или разгоне автомобиля.

Если после выше прочитанной информации, вы задались вопросом, какую коробку лучше выбрать — «автомат» или вариатор, то ответ на этот вопрос неоднозначный. Давайте разберем виды вариаторов, принципы их работы и посмотрим, какими преимуществами они обладают. На сегодняшний день, самыми распространенными и популярными вариаторами можно назвать тороидальные, гидростатические, цепные и клиноременные вариаторы, имеющие шкивы переменного диаметра.

Клиноременный вариатор и его устройство

Клиноременный вариатор является наиболее известным, по этому предлагаю начать именно с него. Он снабжен ведомым или клиновидным ремнем и шкивом. Этот вид коробки бесступенчатой не откликается на нагрузки, а его работа зависит от числа оборотов аппарата. Например, если подниматься под гору, нагрузка заднего колеса автоматически увеличится, однако, ЧП не изменится. Большинство специалистов считают такой параметр недостатком клиноременного вариатора.

Ремни этого типа называют клиновидными из-за того факта, что они в разрезе имеют форму трапеции и вклиниваются в шкив боковыми деталями. При изнашивании этих боковинок, ремень способен еще глубже вклиниваться в шкив, что делает сцепку такой же качественной.

На клиноременном вариаторе передаточное число модифицируется посредством связанной работы ведущего и ведомого шкивов. Если говорить иными словами, то элементы ведущего шкива, вращаемого коленчатым валом, пластично и ровно сжимаются, тем самым, выталкивая ремень дальше от центра. При такой процедуре, ведомый шкив способен разжиматься и ремень, мягко утопая в нем, приближается к центру. Следовательно, передаточное число меняется от коленвала и направляется к заднему колесу.

Ведущий и ведомый шкив отличаются тем, что на первом вместо роликов бывает установлена пружина.

Что касается принципа работы клиноременного типа вариатора, то его также можно объяснить способом двух однотипных карандашей. Для этого, необходимо поставить их на столе параллельно друг другу. Далее, следует стянуть их резинкой, а потом покрутить один из них. Несомненно, второй предмет начнет крутиться одновременно с ним и, что интересно, с такой же скоростью. Однако, если у карандашей диаметр сечения будет разным, ситуация не повторится.

Карандаши разного диаметра все таки будут вращаться, но немного иначе. Пока карандаш большого сечения сделает один оборот, тот, что поменьше, успеет сделать два.

Похожий с карандашами принцип действия, имеют и различные вариаторы. Однако, как уже было сказано выше, клиноременные типы устройства имеют два шкива, которые изготовлены в виде конусов, из-за чего у вариатора все время меняется диаметр карандашей. Обычно, шкивы обращены друг к другу своими концами, а ремень зажимается между ними.

При относительном взаимном перемещении, шкивы очень похожи на карандаши, которые все время меняют свой диаметр. Эти шкивы зачастую снабжены системой гидравлики, хотя иногда подключают и сервопривод. В результате этого, половинки обеих шкивов синхронно раздвигаются и сдвигаются. В случае, если один расположен на ведущем валу, идущим от двигателя, а второй из них — на ведомом, который идет к колесам, перемена ПЧ произойдет намного шире.

Кроме того, вариаторы этого типа иногда снабжают устройством, отвечающим за перемену направления вращения вала, когда включена задняя передача.

Ремень вариатора и его конструкция

Кстати, на таком вариаторе стоит очень даже необычный ремень. Он изготовлен из смеси ткани и резины и совсем не похож на ремни, вращаемые разнообразные генераторы или иные навесные механизмы. Ведь обычный ремень не смог бы выдержать и тысячи километров.

Ремни в вариаторах имеют довольно сложную конструкцию. Как правило, им является стальная лента, которая покрыта железными элементами. На набор этих стальных тросов в поперек нанизано очень много тонких пластинок, которые по форме напоминают трапецию. Края этих лент входят в контакт со шкивами. Именно благодаря такой системе и был придуман толкающий ремень, который обеими половинками передает мощность от одного к другому шкиву.

Тороидный вариатор, устройство и принцип работы

Такой вариатор вместо шкивов и ремней оснащен роликами и колесами. Такая система немного другая, но, по сути, все ее элементы выполняют точно такие же функции, как и клиноременный тип вариатора, а также, дают один результат — постоянное изменение трансмиссии.

Работает тороидный вариатор по следующей схеме. Один диск соединяется с мотором, а второй — с валом кардана. Первым диском является ведущий вал, а другим — ведомый. Между дисками находятся ролики и колеса ( а не ремень ), передающие друг другу мощность.

Колеса вращаются вокруг двух валов — горизонтального и вертикального. В результате этого, колеса соприкасаются с дисками в разнообразных областях. При соприкасании колес возле центра с ведущим диском, они контактируют около обода с ведомым, это увеличивает крутящий момент и снижает скорость. Это и называют высокой передачей или овердрайвом.

Гидростатический вариатор, устройство и принцип работы

Оба, вышеописанные типа вариаторов, работали посредством радиуса точек, которые контактируют между двумя объектами, что вращаются. Однако, гидростатический вариатор отличается совсем другим принципом работы, а именно, применением насосов переменного объема. И движение здесь обеспечивает гидростатический насос.

Как ремонтировать вариаторы, советы профессионалов

Ремонтируют вариаторы также, как и автоматическую коробку передач. При нарушении правил их эксплуатации, они также выходят из строя, по этому не стоит ими пренебрегать. Специалисты советуют проводить диагностику вариаторов хотя бы раз в год. Если вы слышите странные толчки или шумы в коробке, не стоит откладывать, необходимо провести диагностику в специальном центре. Иначе дорогостоящего ремонта вам явно не избежать. Интересно то, что с каждым днем, машины с вариаторами стают все более распространенными и востребоваными, хоть и цена на них довольно разная.

Что касается ремонта ремня, то каждый автомобилист вполне может провести его самостоятельно, так как ничего сложного в этом нет.

Устройство автомобиля: вариатор

Многие производители наряду с механическими, автоматическими и роботизированными коробками переключения передач предлагают своим клиентам трансмиссии вариаторного типа

В салоне припаркованного автомобиля вариатор легко перепутать с обычным автоматом или роботизированной коробкой – отсутствует педаль сцепления, селектор напоминает классический рычаг «автомата» - но на ходу почти сразу становится понятно, что это совершенно другая система.

При этом не только по особенностям поведения автомобиля вариатор стоит особняком: относительно высокая цена, фактическая непригодность к ремонту и множество окружающих клиноременные КПП ограничений – всё это заставляет удивляться, зачем же их нам предлагают обычно не склонные к необдуманным решениям автопроизводители?

Попробуем разобраться.

Зачем нужен вариатор

Двигатель внутреннего сгорания проявляет себя по-разному в зависимости от оборотов, на которых работает: так, максимальный крутящий момент реализуется на одних оборотах, а максимальная мощность на других – причем в диапазоне, редко используемом, например, при городской езде. И почти наверняка расход топлива в этих режимах работы двигателя не будет оптимальным (хотя, справедливости ради, нужно отметить, что расход зависит от множества факторов помимо числа оборотов двигателя).

Любая коробка передач нужна в автомобиле в первую очередь для того, чтобы изменять в широком диапазоне крутящий момент  - а следовательно, и тяговое усилие и скорость вращения колёс  автомобиля. При этом получает коробка передач этот крутящий момент с коленчатого вала двигателя, имеющего четко ограниченный рабочий диапазон.

При разгоне, когда нам нужна максимальная динамика, мы уводим двигатель в режим повышенных оборотов и стараемся в нем оставаться, пока необходимость в максимально быстром ускорении не отпадёт. При плавном ускорении на загородной трассе мы так же будем переключаться по мере необходимости.

Именно по этой причине для более полного использования возможностей двигателя выгодно внедрить большее число «коротких» ступеней с узким рабочим диапазоном – чем сейчас и занимаются производители традиционных трансмиссий – но этот подход неизбежно ведёт к увеличению стоимости, сложности и веса коробки передач.

Принципиально же иной подход к этому вопросу состоит в разработке системы, позволяющей в заданном диапазоне передаточных чисел бесступенчато изменять передаточное число трансмиссии. Именно такой системой и является вариатор.

История

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы вариатора

Простейший конусный вариатор Эванса содержит два параллельных шкива конической формы, вершины конусов при этом направлены в противоположные стороны. Вращение с одного шкива на другой передаётся ремнем.

Если сдвинуть жесткий ремень на приводном конусе в сторону его основания, то для сохранения своей длины ремень сдвинется и на втором конусе, но за счет разнонаправленности конусов – на более узкий его участок. При этом передаточное число по мере движения приводного ремня будет плавно увеличиваться.

Чаще всего встречающийся в современных автомобилях клиноременной вариатор отличается в деталях от описанной схемы, но принцип, лежащий в основе данных устройств – общий: плавное изменение передаточного числа путём изменения диаметра приводного шкива.

Техническое устройство вариаторной трансмиссии

В клиноременном вариаторе каждый приводной шкив состоит не из одного, а из двух усеченных конусов, направленных друг на друга. Между ними зажат ремень клиновидного сечения, который при движении этих «полушкивов» навстречу друг другу буквально выдавливается на внешний радиус приводных конусов и одновременно переходя на меньший радиус ведомого вала. Плавной и согласованной регулировкой расстояния между полушкивами – а, как следствие, и выбранного передаточного отношения- в современных автомобильных вариаторах занимается электроника.

Помимо электронного управления, в современную вариаторную трансмиссию входит и устройство, обеспечивающее возможность движения задним ходом (чаще всего для этого используется планетарная передача) и узел, компенсирующий отсутствие в вариаторе нейтральной передачи. Производители используют в этом качестве почти все типы сцепления из присуствующих на рынке:

  • гидротрансформатор (используется чаще всего), встречается на вариаторах Autotronic (Мерседес), Ecotronic (Форд), Extroid и Xtronic (Ниссан; первый чаще встречается на дорогих авто, второй - в бюджетном сегменте), Lineartronic (Субару), Multidrive (Тойота).
  • многодисковое сцепление моктрого типа используется в вариаторах Multitronic (Хонда), Multimatic (Ауди)
  • электромагнитное сцепление с электронным управлением встречается на системах Hyper (Ниссан)
  • центробежное автоматическое сцепление ставится на вариаторы Transmatic (старые ДАФ, Форд и Фиат)

Также некоторыми производителями активно используются тороидальные вариаторы, где ремня нет, а функцию передачи крутящего момента от одного вала к другому выполняют ролики разной формы. Наиболее известен двойной тороидальный вариатор Extroid CVT, который ставился на мощные топовые модели Nissan. К сожалению, высокая стоимость и малая распространенность данного типа вариатора не позволяет считать его конкурентом традиционной клиноременной системы.  

Виды ремней вариатора

Главная технически сложная деталь клиноременного вариатора – это, собственно, ремень. Он должен быть крайне жестким и одновременно гибким – чтобы, будучи зажатым гидравликой в приводе иметь возможность работать на разных диаметрах шкивов. Категорически нельзя ему сжиматься или растягиваться. Простые автомобильные ремни – наподобие ремня генератора или газораспределительного механизма – под такие требования не подходят (хотя в вариаторе снегохода, например, используется именно резинотканевый ремень). Чаще всего в автомобильных вариаторах встречается наборный металлический ремень близкого к треугольному сечения. В ряде агрегатов этот ремень применяется как «толкающий» - стальная конструкция ремня при сжатии приобретает дополнительную жесткость, что позволяет передавать вторичному валу большую мощность.

Впрочем, иногда проблемы передачи большой мощности с помощью вариатора решают применением вместо ремня широкой цепи, входящей в зацеп с половинами приводных шкивов своими боковыми частями. Дополнительное сцепление цепи, как и в клиноременном вариаторе, обеспечивается специальной трансмиссионной жидкостью, меняющей свою вязкость под давлением в точке контакта ремня и полушкива. Эта жидкость дороже обычного трансмиссионного масла и крайне важна для вариатора.

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

Несмотря на наличие в системе ремня, назвать его расходником нельзя – большая часть производителей даёт на свои вариаторы гарантию в 150-200 тысяч километров. При этом несвоевременная замена жидкостей, выезды на бездорожье, резкие нагрузки и удары неизбежно приводят к снижению срока эксплуатации узла – о чем те же производители часто «забывают» написать. Иногда для продления этого срока замену ремня и валов произвести возможно, но чаще узел заменяется в сборе. Основная беда вариатора заложена конструктивно – цепь или ремень, растянувшийся ввиду неправильного обслуживания или эксплуатации, начинает проскальзывать на шкивах, образуя на них задиры. Со временем даже небольшое разрушение ремня вариатора приводит к катастрофическим последствием для всех узлов вариатора. Помимо этого могут вызвать гибель трансмиссии и проблемы с датчиками скорости или шаговым мотором, управляющим всей системой. Иногда от продолжительного движения на высоких скоростях могут отказать подшипники полушкивов. Также вариаторы, изначально созданные под спокойную езду, плохо переносят резкие старты ввиду повышенной нагрузки на ремень/цепь. Отсюда же вытекают ограничения по буксировке как других автомобилей, так и прицепов, что в принципе – не проблема, если речь идёт о небольшом автомобиле. Кстати, о буксировке автомобиля с вариатором тоже следует сказать отдельно – для этого придётся включать двигатель, чтобы приводной ремень в вариаторе смазывался в движении – но ещё лучше вообще отказаться от буксировки авто на тросе. Вариатор, как система, в немалой степени зависящая от трения, склонен к перегреву при эксплуатации в снегу или на бездорожье. Вне дорог автомобиль с вариатором эксплуатировать вообще не стоит – ударные нагрузки и проскальзывание колес смертельно опасны для ремня вариатора. Все эти технические недостатки постепенно преодолеваются. Сложнее с другим –восприятием водителем вариатора, как некорректно работающего устройства традиционного типа. При необходимости резкого ускорения вариатор, до того находившийся в режиме минимального расхода топлива, сначала дожидается смены режима работы двигателя на оптимальный для разгона. При этом он постоянно меняет передаточное число, чтобы не мешать двигателю перенастраиваться. После чего, позволяя двигателю оставаться на зачастую некомфортных для слуха водителя высоких оборотах, вариатор начинает плавно менять диаметр шкивов в трансмиссии, обеспечивая плавный, но максимально эффективный разгон с сохранением двигателя в неизменном режиме работы с максимальной отдачей крутящего момента. Разгон получается оптимальным, но ускорение без привычного изменения тембра работы двигателя с набором скорости рождает заставляет неискушенного пользователя подозревать автомобиль в некорректной работе узлов и отсутствии динамики. Именно для борьбы с этим субъективным восприятием поведения автомобиля с вариатором производители идут на всяческие ухищрения: добавляют лепестковые подрулевые переключатели виртуальных передач (например, в системе Sportronic у Mitsubishi), изменяют программы управления разгоном так, чтобы выход на оптимальные обороты двигателя происходил постепенно. По сути всё это – скорее дань человеческому консерватизму и маркетинговый компромисс – характеристики авто при этом, пусть и незначительно, но страдают.

Ровно по этой же причине рычаг управления режимами вариатора на многих автомобилях до сих пор стилизуют под рукоятку АКПП, хотя можно было бы обойтись и рядом кнопок.

Быть или не быть вариаторам

КПД трансмиссий вариаторного типа – едва ли не выше, чем у всех конкурентов и составляет 75%. При этом необходимо понимать, что одновременно получить рекордную экономичность и непревзойдённую динамику одной лишь установкой вариаторной трансмиссии – невозможно.

Как устроен вариатор и чем он лучше АКП?

До последнего времени, подавляющее большинство наших соотечественников, пользовались в основном транспортными средствами отечественного производства, оборудованными механическими коробками передач. Ситуация изменилась тогда, когда в нашу страну начали массово поступать иномарки, мгновенно завоевав популярность потребителей. Многие из импортированных моделей машин, были оборудованы автоматической КПП – своеобразной новинкой для отечественных автолюбителей. Однако, мировая автомобильная промышленность не стоит на месте и хоть сегодня уже никого не удивишь коробкой автомат, но вопрос выбора по прежнему остается. Дело в том, что в современном автомире существует несколько вариантов трансмиссии, а их выбор зависит от индивидуальных требований потенциального покупателя.

Обычно, отдав свое предпочтение транспортному средству со встроенной АКПП, автовладелец начинает задумываться какой ее тип лучше выбрать: классический или вариаторный. Если с классическим типом более-менее все понятно, то вариаторная коробка передач еще не так сильно распространена и многие автолюбители не ориентируются в вопросе ее устройства, рабочих принципах или функциональных особенностях. Поэтому, мы посчитали, что соответствующая информация данной статьи может быть весьма полезной.

1. Как появился вариатор?

Малознакомое устройство под названием «вариатор» (с англ. «continuosly variable transmission» или просто СVT), используется для передачи крутящего момента и имеет куда более древнюю историю нежели традиционная «механика», а уж тем более автоматическая трансмиссия. Схема будущего вариатора была разработана известным итальянским художником, писателем и изобретателем Леонардо да Винчи, однако, в 1490 году применять устройство было негде и никто не обратил особого внимания на открытие.

В самом первом варианте, данный механизм имел вид двух конусов, части которого сужались и были направлены в разные стороны, а между ними натягивался ремень. Такая конструкция позволила назвать устройство первым видом бесступенчатой трансмиссии. Конечно, в те времена вариатор не имел ни какого отношения к автомобилям и использовался средневековыми мельниками для изменения скорости вращения своих жёрнов (передвигая по конусам ремень они плавно меняли передаточное число, а значит и скорость). Чуть позже, конусный вариатор был заменен на другой его вид – клиноременный, который все прошлое столетие активно использовался в промышленности. С его помощью выполнялся привод индустриального оборудования, такого как швейные машинки или жатки-сенокосилки.

Прошло еще немного времени и подобным открытием заинтересовались производители мопедов, однако, автомобильные компании, почему-то, долго не проявляли к нему заслуженного интереса (правда встречались исключения).

Впервые мысль о возможности применения клиноременного механизма на автомобиле пришла в голову голландскому инженеру Хуберту Ван Дорну – вдохновителю и генеральному директору компании DAF. Именно он в 1958 году создал бесступенчатую трансмиссию Variomatic, которую, в последствии, и предложил своей компании. В результате, на автомобильном рынке была представлена модель DAF 600с, обладавшая 590 кубовым мотором и вариатором. По большому счету, своей популярностью, данный автомобиль во многом обязан описываемому устройству. Естественно, конструкция того времени была еще очень далека до совершенства из-за чего проект бесступенчатой передачи пришлось свернуть.

Спустя десять лет, компания Volvo выкупила DAF и стала оборудовать подобными механизмами уже свои автомобили третей серии (Volvo 353). Однако, из-за возросшей мощности силового агрегата, все узнали о недостатках, присущих вариатору: низкой надежности и невозможности передавать серьёзный крутящий момент. Так, работоспособности устройства хватало от силы на 50000 километров, поэтому о надежности автомобилей, имеющих бесступенчатую трансмиссию не могло быть и речи.

Этот факт стал причиной того, что в середине 80-х годов ХХ века, вариатор перестал использоваться на автомобилях «Volvo», появившись через пару лет в Японии. Концерн Fuji Heavy Indastries нашел ему применение на модели Subaru Jasty, оборудованной несколько иной конструкцией бесступенчатой трансмиссии. Вот как раз с этого момента вариатор, устройство которого было известно еще в средневековье, обрел свое заслуженное место в мире автомобилей, заинтересовав такие известные фирмы как Nissan, Honda, Fiat, Ford и Audi. Такому интересу поспособствовало сразу два фактора: с одной стороны – резкий скачок технологий, а с другой – упрямство голландцев.

Первым вариатором получившим патент, стал тороидный вариатор, разработанный Чарльзом Хантом в 1886 году. В данном устройстве, между двумя колесами (ведущим и ведомым), обладающими сферической рабочей поверхностью, был зажат ролик, а передача крутящего момента выполнялась за счет трения, возникающего при взаимодействии рабочих поверхностей колес и ролика.

Современный вариант трансмиссии, устанавливаемый на многие выпускающиеся в наше время транспортные средства, возник еще в начале 70-х годов ХХ века путем стараний все того же Хуба Ван Дорна, которого первые неудачи хоть и огорчили, но не заставили отказаться от идеи создания качественной бесступенчатой трансмиссии. После продажи DAF он открыл еще одну компанию под оригинальным названием «Van Doorne Transmissie», где и был изобретен, а затем поставлен на серийное производство стальной ремень, приблизительно такой же, какой сегодня применяется почти на всех автомобилях с бесступенчатой трансмиссией.

2. Принцип работы вариатора

И так, исходя из всего вышесказанного, вариатор (или как его еще называют, «вариаторная коробка») – это бесступенчатая коробка передач, тоесть один из видов КПП, в котором передаточное число может медленно меняться в пределах заданного диапазона. В технике, применяются устройства разного типа, но что касается автомобиля, то здесь распространение получили только два из них: клиноременный и тороидный, поэтому, логично будет рассмотреть принцип работы вариатора учитывая особенности их конструкции.

Составляющими частями тороидного вариатора являются ролики и соосные диски, передающие крутящий момент от первого до второго. Что бы добиться изменения передаточного числа, необходимо поменять положение и радиус роликов, которые напрямую задействованы в обкатке диска. Принимая во внимание тот факт, что основное усилие приходится на место контакта, понятно, что для выполнение поворота ролика, придется использовать специальное устройство, способное преодолеть прижимную силу, задействованную для соединения диска и ролика. К примеру, механизм некоторых вариаторов относится к гидравлически – прецизионному типу и управляется электроникой, перемещающей ролики на небольшое расстояние вверх или вниз. Благодаря данному сдвигу ролик поворачивается самостоятельно.

Клиноременной вариатор устроен несколько иначе. Обычно, он состоит из нескольких (чаще всего, двух) ременных передач, при которых шкивы образовываются за счет конических дисков. Когда диски сдвигаются (или раздвигается) диаметр шкива, а соответственно и передаточное число, меняют свое значение. Разные производители вносят свои коррективы в стандартную конструкцию вариатора этого типа: вместо обычного ремня устанавливают цепь или ремень, состоящий из металлических пластин. Такие конструктивные решения никак не влияют на принцип работы вариаторов и он остается одинаковым для всех.

Что бы автомобиль начал движение, используют небольшой гидротрансформатор, блокирующий обычное сцепление в процессе движения. Управление дисками шкивов осуществляется при помощи электронной системы, состоящей из блока управления, сервопривода и разных датчиков. Так почему же в таких вариаторах применяется клиновидный ремень? Если его разрезать, то он будет иметь форму трапеции и вклиниваться в шкив боковыми поверхностями. После сильного износа поверхностей ремня, он начинает глубже врезаться в шкив и сцепка остается такой же.

В сравнении с автоматической КПП стандартного типа, рабочий принцип вариативной коробки, считается более совершенным типом трансмиссии, что отображается в большей топливной экономичности, плавной езде и улучшенной динамике разгона. Более того, с конструктивной точки зрения, устройство вариатора намного проще, чем аналогичные механизмы традиционной автоматики, поэтому, с большой долей вероятности, можно предположить, что в самое ближайшее время укомплектованные вариаторами транспортные средства, смогут составить серьезную конкуренцию автомобилям с АКПП, оттеснив назад «механические» машины.

3. Из чего состоит вариатор?

Вне зависимости от типа(тороидная или клиноременная), все вариаторные коробки состоят из следующих общих элементов:

- механизма, который обеспечивает передачу крутящего момента и отвечает за отсоединение КПП от двигателя (нейтральная передача);

- самого вариатора (вариаторная передача);

- механизма, обеспечивающего движение задним ходом;

- системы управления.

С целью передачи крутящего момента и отсоединения вариатора от силового агрегата могут использоваться такие механизмы:

- автоматическое центробежное сцепление (применяется в вариаторах Transmatic);

- мокрое многодисковое сцепление, имеющее электронное управление (используется в вариаторах Multitronic, Multimatic);

- сцепление электромагнитного вида с электронным управлением (вариатор Hyper);

- гидротрансформатор (применяется в вариаторах Extroid, Multidrive, Autotronic, Lineartronic, Ecotronic, Xtronic).

Наиболее популярным способом соединения вариатора с двигателем есть использование гидротрансформатора, обеспечивающего высокую степень плавности передачи крутящего момента, а значит и долговечности самой передаточной коробки.

Клиноременный вариатор включает в свою конструкцию одну (реже две) ременные передачи, которые в свою очередь, состоят из двух шкивов, соединенных ремнем. Шкив – это два диска конической формы, способные сдвигаться/раздвигаться, что обеспечивает изменение диаметра шкива. Что бы заставить конусы сблизиться используют гидравлическое давление, центробежную силу или усилие пружин. Угол наклона конических дисков составляет 20°, что является оптимальным значением для обеспечения перемещения ремня по шкиву с наименьшим сопротивлением.

Как мы уже отмечали, в первых конструкциях клиноременных вариаторов устанавливались резиновые ремни, отличающиеся низким эксплуатационным сроком (от 30000 до 50000 км. пробега), недостаточной гибкостью (минимальный радиус изгиба 90 мм.) и связанной с ней узким диапазоном регулировки. В большинстве современных вариаторных коробках, вместо резинового ремня применяется гибкий металлический ремень, изготовленный из 10-12 стальных полос, а передача крутящего момента выполняется при помощи сил трения, образующихся между боковой поверхностью ремня и шкивами. Такая конструкция позволила вариатору обрести необходимый высокий уровень прочности, долговечности, гибкости (минимальный радиус изгиба теперь 30 мм), а заодно и низкий уровень шума. Начало применения металлического клиновидного ремня, открыло путь к широкому использованию вариаторов на транспортных средствах.

В вариаторных коробках Lineartronic и Multitronic, ремень вообще отсутствует, а все его функции положены на металлическую цепь. Такой вид бесступенчатых передаточных коробок получил название клиноцепного вариатора. Пластины цепи соединены между собой при помощи осей, что обеспечивает более высокую гибкость (радиус изгиба 25 мм). В отличии от клиноременного вида, здесь вращение передается торцевой поверхностью цепи, когда происходит ее точечный контакт с коническими дисками.

В местах таких «столкновений» появляется высокое напряжение, компенсирующееся путем применения высокопрочной стали для изготовления конических дисков. Клиноцепная вариаторная коробка отличается наименьшими потерями при передаче крутящего момента и наиболее высоким коэффициентом полезного действия.

Из-за особенности своей конструкции, вариаторная передача не способна обеспечивать реверсивного движения. Как правило, для управления вариаторами, применяется электронная система в задачу которой входит осуществление синхронного изменения диаметра шкивов вариатора, в соответствии с рабочим режимом двигателя, управление сцеплением и обеспечение работы планетарного редуктора. Непосредственное влияние на работу описанного устройства, оказывает рычаг селектора. Режимы управления такие же как и в автоматической коробке передач.

При использовании вариаторной коробки передач, можно реализовать функцию выбора фиксированных передаточных отношений, которая поможет решить проблему негативного восприятия водителем постоянной частоты вращения мотора при разгоне автомобиля. В некоторых конструкциях вариаторов такая функция может иметь свое название, например: Autostick у Chrysler или Sportronic у Mitsubishi.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

Принцип работы вариатора: какие бывают виды, плюсы и минусы

Здравствуйте! Про вариаторные коробки передач, или просто CVT, говорят довольно давно. Да и на машинах подобные КПП начали устанавливать многие разработчики. Изначально просто хотел для себя изучить принцип работы вариатора, взяв руководство для чайников. Но решил поделиться некоторыми наблюдениями с вами.

Постараюсь рассказать, что такое CVT, чем он плох и хорош для автомобиля. Возможно, вы размышляете над тем, что лучше — вариатор или автомат. Потому этот материал станет для вас отправной точкой в поиске ответа.

В любом случае на машине все чаще встречается эта КПП. Потому обсудить эту тему мы просто обязаны. Стоит отметить, что используется CVT не только на авто, но также на мопеде, встречаются скутера с вариаторами. Хотя давайте обо всем по порядку.

Устройство

Конструкция коробки вариаторного типа довольно сложная. Вариатор является ее составной частью.

Потому можно сказать, что эти КПП состоят из:

  • маховика;
  • демпфера крутильных колебаний;
  • фрикциона заднего хода;
  • промежуточной передачи;
  • вариатора;
  • электронного блока управления;
  • гидравлического блока;
  • фрикциона для переднего хода;
  • планетарного механизма.

В настоящее время можно встретить разные виды вариаторов. Но все же статистика наглядно показывает, что впереди планеты всей тороидный и клиноременной тип.

У клиноременного преимуществ больше, а потому он заметно популярнее. Но про тороидный тип все равно сказать стоит. Вообще вариаторы являются бесступенчатыми КПП. Суть заключается в том, что коэффициенты передачи на ведомые и ведущие диски изменяются очень плавно с помощью силы трения промежуточных тел. Ими выступают ролики или ремни, к примеру.

Особенности тороидного вариатора в том, что здесь ролик сжимается парой колес, имеющих тороидную, то есть сферическую поверхность. Одно колесо ведущее, а второе выступает ведомым. Главными специалистами по таким КПП выступает компания Ниссан. Потому если и брать машину с таким CVT, то именно от этого японского автопроизводителя.

У клиноременного типа все несколько иначе. Здесь механизм включает в себя ремень, входные и выходные специальные шкивы, рабочие механизмы для изменения диаметра коробочного шкива в рабочей области ремня. Изначально использовали резиновые не особо прочные ремни. Но опыт показал, что они крайне ненадежные. Потому автопроизводители перешли на металлические элементы и цепи. Крутящий момент в клиномеренных устройствах передается с помощью пары трения боковой части рабочего ремня. Это и есть рабочая поверхность коробочного шкива.

Цепь же специально контактирует с конусными рабочими внутренними поверхностями шкивов через свою торцевую часть.

Цепные CVT более гибкие и характеризуются меньшими механическими потерями при трении. Чтобы сами конусы не изнашивались, при их изготовлении обязательно используются высокопрочные сплавы.

Стоит обсудить еще некоторые важные моменты относительно вариаторных коробок передач.

Как это работает

Вполне закономерный вопрос. Прежде чем покупать себе автомобиль вроде Хонда Фит или Митсубиси Аутлендер, где предлагается вариатор, хочется узнать, как пользоваться такой трансмиссией. Для этого следует знать принцип работы.

Коробка считается бесступенчатой. Но по факту передаточные числа между шкивами меняются, просто это происходит чрезвычайно плавно. Отсюда и отсутствует возможность отчетливо уловить границу при переходе.

Чтобы включить передачу для движения вперед, диаметры 2 шкивов нужно выровнять, сделать их одинаковыми. Увеличив при этом диаметр ведомого элемента, оставив ведущий в прежнем положении, включается так называемая понижающая передача. На ней машина с CVT трогается с места. Для повышения скорости шкивы, а точнее их диаметры, меняются в обратном направлении, то есть ведомый начинает вращаться быстрее ведущего.

По сути, именно на этом основана работа такого типа трансмиссии. А если вас интересует секвентальная КПП, вот вам ссылка на интересный материал о ней.

Сцепление

Поскольку это не АКПП, на CVT имеется функция сцепления. По мере модернизации вариатора, производители применяли различные механизмы и системы.

Можно выделить несколько основных:

  • Центробежные автоматические. Такие типы сцепления актуальны для мотоциклов и скутеров;
  • Электромагнитные решения с электронным управлением;
  • Многодисковые муфты. Подобный принцип имеет гидротрансформатор автоматической коробки;
  • Многодисковое мокрое сцепление. Блокирует дифференциалы, и интеллектуально подключает режим полного привода. Аналог мокрого сцепления, используемого на DSG;
  • Гидротрансформаторы.

За счет гидротрансформатора снижается нагрузка на вариаторную трансмиссию при старте машины с места. Переход на такие механизмы позволили автомобилям с CVT относительно нормально эксплуатироваться в режиме бездорожья.

Но все же если у вас авто с вариаторной коробкой, покорять на ней бездорожье все же не стоит. Такие машины созданы для города, а не для сафари. Хотя использование CVT на снегоходе себя оправдывает. Там цепной механизм проявляет себя с лучшей стороны. А если в вашем распоряжении

Задний ход

Оба вала, то есть ведомый и ведущий, вращаются в том же направлении, что и коленвал мотора автомобиля.

Тут возникла необходимость найти решение для обеспечения включения заднего хода. Оптимальным выходом из сложившейся ситуации стал планетарный редуктор. При блокировании солнечной и коренной рабочей шестерни, входной вал начинает вращаться в одинаковом направлении вместе с входными шкивом. Он, в свою очередь, соединяется с водилом.

Заблокировав лишь коренные коробочные шестерни, водило совместно с входным шкивом начнут двигаться в обратном направлении. В сети можно найти полезные видео, на которых отображается вся суть планетарных редукторов.

Преимущества и недостатки

Если вы лично пользуетесь машиной с CVT, обязательно оставляйте свои отзывы. Особенно пишите относительно того, согласны ли вы с представленными недостатками и преимуществами, либо нет. Будет интересно узнать ваше мнение.

Опираясь сугубо на мнение общественности и заключения экспертов, можно привести несколько доводов против вариаторов и в их пользу. То есть закончить предлагаю тем, что рассмотрим плюсы и минусы CVT.

Начнем с положительного. К основным преимуществам стоит отнести:

  • плавный разгон с отсутствием скачками и рывками;
  • экономный расход топлива;
  • более быстрое переключение скоростей;
  • машины не глохнут на подъемах и светофорах;
  • используется всего 2 педали, как на АКПП;
  • легкое управление;
  • отсутствие шума при разгоне;
  • отличное взаимодействие с круиз-контролем;
  • высокий уровень экологичности;
  • длительный срок службы при адекватном обращении.

Но не торопитесь с выводами. Еще нужно посмотреть на обратную сторону вариаторных коробок передач.

Здесь тоже есть над чем подумать. Далеко не для всех водителей, учитывая их манеру вождения и условия эксплуатации автомобиля, вариатор станет хорошим выбором при покупке автомобиля.

К недостаткам стоит отнести:

  • машины на таких КПП не могут долго ехать при высоких оборотах;
  • вариатор не предназначен для бездорожья;
  • требуется частая замена масла (минимум каждые 30 тысяч км);
  • при грубой эксплуатации быстро возникают поломки;
  • не выдерживает таких же нагрузок, как механика;
  • ремонт стоит дорого;
  • при выходе из строя любого датчика возникают проблемы;
  • нужна специальная жидкость для ремня, которая стоит не дешево.

Вот такие выводы можно сделать относительно вариаторного типа трансмиссии. Стоит ее покупать в комплекте с автомобилем или нет, решайте сами.

Если есть вопросы, задавайте. Постараемся на все ответить. Всем спасибо за внимание!

Подписывайтесь, оставляйте комментарии, приглашайте к нам своих друзей и ждите много новых материалов!

Спасибо за прочтение! Пожалуйста, оцените статью

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости