Принцип работы вариатора на автомобиле: плюсы и минусы

Вариативная или бесступенчатая, автоматическая коробка передач (CVT) совсем недавно считалась изобретением из области фантастики. Сегодня же многие популярные автомобильные компании оснащают этим устройством модели своих машин. Вариатор можно увидеть в некоторых модификациях машин Mitsubishi, Toyota, Audi, Honda, Nissan и других марок ведущих компаний.

В этой статье мы расскажем, чем примечателен принцип работы вариатора на автомобиле, какие у него достоинства и недостатки по сравнению с автоматической коробкой передач.

 

В этой статье:

1. В чем отличие вариатора от других КПП
2. Сколько передач у вариатора
3. Какие типы вариаторной КПП являются наиболее популярными сегодня
4. Можно ли устанавливать вариатор на мощные автомобили

Что такое вариатор на автомобиле

Необязательно быть владельцем автомобиля с вариатором, чтобы столкнуться с понятием «вариативная коробка передач», например, просто рассматривая различные автомобильные журналы или сборники характеристик моделей машин.

Стандартным автоматом уже давно никого не удивить, а механикой — тем более.

Вариатор пока остается диковинкой, поэтому услышать о нем в обычном мужском разговоре можно не так часто. Хотя вариативная коробка передач вовсе не является новым изобретением известных автомобильных корпораций, принцип работы механизма разработали несколько столетий назад.

Первым, кто задумался о принципе работы вариатора и создал его, был самый загадочный изобретатель — Леонардо да Винчи — в далеком 1490 г. А вот запатентована эта придумка была только в XIX веке (во второй его половине). Примечательно, что первое действующее транспортное средство с такой коробкой передач было создано спустя 500 лет после его изобретения — в 50-х годах двадцатого века.

Подобную трансмиссию впервые установили на легковые автомобили DAF (в то время компания еще специализировалась на создании легковых и грузовых авто). Позже подобие вариатора устанавливали на машины Volvo, но особой популярности такой тип трансмиссии не получил.

Зато в нынешнее время вариатор пользуется спросом.

Бесступенчатая трансмиссия (вариатор) имеет аббревиатуру CVT (сontinuously variable transmission — бесступенчатый переключатель скоростей). Принцип работы вариатора на автомобиле — плавно передавать крутящий момент от мотора к колесам (или прочим движимым частям, например, винтам), без переключения скоростей. При этом бесступенчатая КПП автоматически меняет трансмиссионное соотношение по определенной программе или вручную.

Важно подчеркнуть, что в принципе работы CVT (в отличие от роботизированной КПП и АКПП) нет переменных передач, то есть при движении автомобиля не наблюдаются привычные толчки при смене передачи, а набор скорости имеет плавный и четкий ход.

Отличие вариатора от прочих коробок передач

Механическая трансмиссия (МКПП) имеет 5 скоростей, коробка-автомат — 8 скоростей, а CVT оснащен неограниченным количеством передач. Но это не главная ее особенность. Чтобы читателю было проще понять принцип работы вариатора на автомобиле, оценить его преимущества, вкратце расскажем о работе двигателя.

Во-первых, в принципе работы традиционных ступенчатых КПП есть важный недочет — они имеют ограниченное число передач, которых иногда при движении бывает мало. Даже при условии езды по гладкой дороге мотор, разгоняясь, должен преодолеть внешнюю нагрузку (силу инерции), а потом, после достижения оптимального соотношения оборотов и передаточного числа, он может набрать нужную скорость. После этого момента передача становится ниже. Чтобы повысить передачу, нужно использовать больше ступеней, наличие которых не предусмотрено в механической коробке.

Еще один минус — при переключении скоростей происходит толчок. С учетом этих нюансов производители решили отказаться от передач и, в конечном итоге, получили вариативную коробку, которая сменяет скорости мягко, без рывков.

Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в постепенном изменении крутящего момента на ведущем и ведомом диске. Движение начинается мягко, в отличие от других видов коробок передач. Особенности работы вариатора в автомобиле создают впечатление, будто в нем установлен мощный электрический двигатель. Скорость набирается плавно, без присутствия посторонних шумов.

Поэтому CVT не нужен переключатель скоростей, благодаря нему автомобиль увеличивает скорость движения намного быстрее, чем при использовании других трансмиссий.

Помимо этого, автомобилем с вариатором намного легче управлять. С ним сможет справиться даже водитель-новичок из-за того, что этот принцип КПП не зависит от манеры вождения и не заглохнет при движении. Даже при внушительном разгоне автомобиля работа движка практически бесшумна, в сравнении с другими трансмиссиями. Если надавить на педаль газа полностью, то авто ускорится буквально молниеносно, без привычного «рычащего» шума.

 

Некоторые водители не любят, когда мотор не издает привычных звуков при переключении скорости, но в основном, это те, кто привык к езде на коробке-автомате или спорт-карах, где рев двигателя только подзадоривает гонщика.

Вариатор имеет большие возможности, как доказательство этого — запрет его использования на гонках Формулы-1 до 1994-го года.

Устройство вариатора на автомобиле

Внешне вариативная коробка передач ничем не отличается от коробки-автомата. Визуально невозможно понять, что установлен именно вариатор. Ручка переключения скорости тоже не имеет отличий от обычного рычага АКПП и даже названия режимов — P, R, N, D — такие же.

Главное отличие кроется в принципе работы вариатора в автомобиле. В нем нет обычных чисел передач (1-й, 2-й и так далее). Вариативная коробка имеет огромное количество передач, которые постоянно варьируются, о чем говорит и само название агрегата.

С этим связано и отсутствие рывков, когда автомобиль трогается с места или происходит переключение оборотов двигателя. Во время движения, разгона и торможения вариатор плавно и бесшумно меняет передаточное число.

Принцип работы вариатора на автомобиле

В настоящее время существует два типа строения вариатора:

1. Клиноременный. Таком вид устанавливают на 95 % авто с CVT.
2. Тороидный. Практически не используются в настоящее время из-за сложных настроек и строения.

Принцип работы вариатора на автомобиле заключается в плавной смене скоростей (передаточного числа) как при повышении, так и при снижении скорости. Безусловно, большую работу делает компьютерная программа, которая и создает ступени, но они запрограммированы для ручного управления (при движении по снегу или грязи, когда скорость не имеет значения, а важна только максимальная тяга). Сама же коробка ступеней не имеет, это обеспечивает передачу усилий от коробки к колесам намного точнее.

• Клиноременные вариаторы

Самые популярные типы трансмиссии, используются в автомобилях марок Infiniti, Audi, Nissan и пр. Давайте рассмотрим принцип их работы.

Осуществляется передача трансмиссионного числа от главного (ведущего) шкива (который связан с силовым агрегатом) к ведомому (который связан с приводом и колесами) по принципу ременного сообщения.

Смена передаточного числа происходит по принципу изменения диаметра шкивов. Изготовитель сделал их разборными, а не сплошными, состоящими из двух частей конической формы, обе части посажены на вал и могут сходиться и расходиться. Диаметр в месте соприкосновения ремня со шкивом изменяется в зависимости от скорости и нагрузки.

Попросту говоря, принцип работы заключается в следующем: когда автомобиль трогается, мотору нужно большое усилие, чтобы начать движение колес. Чтобы снизить нагрузку двигателя до минимума, ведущий вал должен быть самого маленького диаметра (конусы разводятся в месте соприкосновения).

Диаметр ведомого вала в этот момент должен быть, напротив, максимальным (конусы сводятся). За счет этого ведущий шкив проделывает несколько оборотов, чтобы ведомый сдвинулся всего на один (максимальное число). Этот процесс намного снижает нагрузку на силовой агрегат, что значительно облегчает ему работу.

После набора скорости передаточное число уменьшается (это необходимо для снижения тяговой силы, но при этом происходит увеличение оборотов на ведомом шкиве). Принцип работы: диаметр ведущего рола увеличивается (конусы сходятся), а у ведомого, напротив, расходятся.

При максимальном диаметре ведущего шкива и наименьшем ведомого, первый один раз оборачивается, а второй за этот промежуток делает несколько оборотов (из-за этого скорость его вращения наибольшая). Но в этом случае нагрузка на двигатель намного выше.

Вывод: трансмиссионное число достигается по принципу изменения диаметров двух шкивов и ременной передачи (между ними).

• Тороидные вариаторы

Принцип работы вариатора на автомобиле тороидного типа принципиально отличается от предыдущего. Передача тяги осуществляется при помощи роликов, зажатых между шкивами. Шкивы имеют форму тороида (из-за чего имеет такое название) и располагаются на одном стержне.

Принцип действия: чтобы тороидный вариатор сменил передаточное число, роликам необходимо изменить свое положение. Для наибольшей тяги зажимы роликов нужно повернуть по направлению к ведомому шкиву, такое расположение сведет диаметр контакта ролика и шкива к минимуму, в то же время у ведомого ролла диаметр будет наибольшим.

При увеличении скорости необходимо увеличение вращения и снижение передаточного числа, ролики отходят в противоположную сторону (ведущего ролла), при этом оба диаметра изменятся противоположно.

Достоинства и недостатки вариатора

Крупнейшие автомобильные компании наладили производство модификаций CVT, изготовляемых на собственных предприятиях. Чтобы как-то отличать их от других коробок передач, каждая компания придумала определенные названия агрегату.

Вариаторы «Ecotronic» и «Durashift CVT» — производитель Ford, «Multidrive» — Toyota, «Lineartronic» была сконструирована Subaru. Некоторые компании создали по два вида вариатора: «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan. «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz.

Принцип работы любого технического изобретения имеет свои недочеты, исключением не стал и вариатор. Все недостатки его работы, конечно, стараются устранить, но пока они еще присутствуют, следует о них рассказать:

• Такие трансмиссии не используют в мощных автомобилях, хотя есть несколько удачных примеров именно с вариаторами.
• Ремонт коробки с принципом вариатора обойдется очень дорого, ко всему прочему, не на каждом СТО смогут произвести починку деталей. Найти квалифицированного механика, который разбирается именно в такой системе переключения передач, очень трудно.
• Работа CVT в автомобиле зависит от показаний различных приборов, и если хоть один из них окажется неисправным, может произойти сбой всей программы контроля трансмиссии.
• Наполнять аппарат нужно только специальной жидкостью, уровень которой нужно все время контролировать. Она стоит очень дорого в сравнении с другими аналогами, подходящими именно для коробок передач.
• Оказывается большая нагрузка на коробку передач.
• Для автомобилей с CVT есть ряд ограничений для буксировки и при использовании прицепа.

Но машина, оснащенная коробкой передач по принципу вариатора, имеет массу преимуществ:

• Комфорт во время движения.
• Мягкий ход автомобиля, быстрый набор скорости и торможение без толчков (как в механической или автоматической трансмиссии).
• Стабильные показатели даже при долгой работе мотора.
• Экономия топлива, благодаря оптимальной нагрузке на мотор и рассчитанному принципу работы автомата.
• Сниженные показатели выхлопных газов во время движения по сравнению с автомобилями с обычной коробкой или коробкой-автоматом.
• Безопасное движение по обледенелым трассам, вариативная коробка исключает пробуксовку.
• Компьютерное управление работой мотора увеличивает время его эксплуатации и спасает от частых ремонтов.
• Принцип работы вариатора позволяет автомобилю ехать почти без шума, в отличие от автомата и МКПП.

Новые виды вариаторов

Ежегодно производители автомобилей выпускают модели с бесступенчатой коробкой переключения скоростей. Причем характеристики его работы постоянно улучшаются, оборудование совершенствуется. Совсем недавно компании JATCO и Nissan выпустили общее изобретение — улучшенный вариатор с облегченной и уменьшенной конструкцией. CVT совместил в себе новую коробку и клиноременную систему. У этого аппарата очень хорошие показатели работы:

• Увеличенное число передач. Создатели расширили диапазон на 20 % (в сравнении с обычным CVT). Это позволяет автомобилю быстро разгоняться и сбрасывать обороты.
• Весит обновленный агрегат на 13 % меньше, чем его стандартный прототип.
• Имеет систему ASC, что позволяет компьютеру выбирать передаточное число, оптимально подходящее в момент разгона и остановки.

Учредители автокомпании «Порше» заявили, что в настоящее время проводят разработку по апгрейду CVT и улучшению принципа его работы. Они стараются поднять показатели комфорта во время езды, набора скорости и остановки. Хотят снизить объем потребляемого топлива, но в то же время увеличить коэффициент полезного действия. В планах у создателей — сделать такой тип CVT, принцип работы которого будет похож на восьмиступенчатую трансмиссию.

Усиленная работа над улучшением бесступенчатой коробки переключения скоростей подтверждает еще раз, что будущее за ней. Не исключено, что очень скоро вариатор станет альтернативой всем обычным КПП (автомат, механика и РОБОТ). Особый акцент производители автомобилей делают на его комбинированные модели, при которых работа двигателя будет самой идеальной, энергия будет сохраняться в специальном накопителе и тратиться только на передвижение транспортного средства.

Как работает вариатор

Бесступенчатая коробка передач часто используется на современных автомобилях. Наличие ступеней обязательно сопряжено с переходными состояниями, вызывающими сбои в работе. Производители постоянно борются с их проявлением, повышая эффективность и коэффициент полезного действия при смене передаточного отношения. Упрощение процесса вождения непременно сопряжено с использованием бесступенчатых коробок передач. Практически все автомобили имеют приставку CVT в случае наличия подобной опции. Аббревиатура расшифровывается и переводится с английского языка как «Continuously Variable Transmission», что означает «беспрерывная смена передач». Количество кинематических элементов узла невелико, поэтому разобраться в его работе несложно.

Основные детали, их назначение и принципиальная схема

Рассмотрим принципиальную схему устройства вариатора. Для каждой модели автомобиля или любой другой техники инженеры разрабатывают частный случай, имеющий незначительные конструктивные особенности. В общем виде всё выглядит так:

Рассмотрим особенности работы вариатора на автомобиле каждой части, её роль и особенности устройства:

1. Раздвижной шкив. Это два усеченных конуса с прямыми или тороидными вогнутыми поверхностями, надетых на одну ось. На валу один из них закреплён неподвижно, а второй имеет небольшой ход. В итоге неподвижный элемент является ведущим, а подвижный – ведомым.
2. Клиновидный ремень. Его тело образовано парой стальных лент, на которые нанизываются специальные пластины. Зацепление образуется в пазах, а рабочую часть каждой пластины составляет конусовидная законцовка. Вместо ремня может использоваться сложносоставная цепь особой формы.
3. Гидравлический трансформатор. Это автономный узел, позволяющий плавно регулировать изменение крутящего момента посредством гидравлического усилия. Его устройство достаточно сложное.
4. Дифференциал представляет собой шестерню с косыми зубьями, обеспечивающую передачу крутящего момента на ведущую пару колёс автомобиля. Его характеризует особая износоустойчивость рабочих поверхностей.
5. Планетарный механизм обеспечивает передачу вращения на ведущую ось в различных направлениях. В отличие от классической схемы, он содержит два ряда сателлитов цилиндрической вытянутой формы, что снижает нагрузку на зубья.
6. Гидронасос. Эта часть приводится в рабочее состояние при помощи гидравлического трансформатора, что обеспечивает постоянное поддержание давления функциональной жидкости. Благодаря этой связке постоянно находятся в работе гидроцилиндры.
7. Управление осуществляется микропроцессором, посылающим сигналы на основании обработки данных от различных систем и датчиков. В частности, играют роль ABS и электронный контроль расхода топлива.

Принцип работы

Как известно, для изменения передаточных отношений классических редукторов необходимо подключать к ведущей шестерне различные комбинации зубчатых элементов, с целью понизить или повысить скорость вращения. В вариаторе всё решается посредством раздвижных шкивов. Если половинки этого элемента сдвигаются навстречу друг другу, то они выдавливают ремень выше, и он зацепляется на больший диаметр. А на другом шкиве автоматически происходит расхождение конусообразных половинок. Ремень проваливается вниз и зацепляется на меньший диаметр. Таким образом, количество передаточных отношений коробки CVT можно считать бесконечным.

Как работает задний ход

1. Примечательно то, что скорость заднего и переднего хода на этом типе трансмиссии одинакова. Но в первом случае она ограничивается электроникой во избежание аварийных ситуаций.
2. Он обеспечивается посредством планетарного механизма с двойным рядом сателлитов:
3. Смена подвижного ряда сателлитов и фиксация второго ряда, обеспечивает смены направления хода. При этом направление вращения водила не изменяется, но меняется направление вращения корончатой шестерни. Как работает вариаторная коробка передач по видео смотрите ниже.

Применение вариаторов

Благодаря компактным размерам этот тип коробки передач может использоваться на автомобиле, скутере, снегоходе, мопеде и др. Устройства с электромагнитным приводом могут использоваться для небольших моделей техники и детских игрушек, где они успешно применяются. При слабом крутящем моменте клиновой ремень изготавливают из плотной армированной резины. При проектировании новых поколений автомобильных вариаторов инженеры решают задачи износостойкости, рабочего ресурса, понижения уровня шума и увеличения КПД.

В принципиальной схеме, устройства вариаторов для различных разновидностей транспорта не различаются. Частные решения для каждого из них должна рассматриваться в рамках инструкции по эксплуатации от производителей.

Как работает коробка-вариатор?

Коробка-вариатор заменена на автомат и стандартную механику. Его часто путают с типтроником, однако это разные вещи. Что это за коробка?

Вариатор — механическая трансмиссия, способная плавно и без рывков изменять передаточное число в определенном интервале управления. В этом случае он меняется автоматически или вручную.
Вариатор используется в тех устройствах, где требуется изменение бесступенчатого передаточного отношения. Это могут быть мотоциклы, автомобили, снегоходы, мотороллеры, мешалки, металлорежущие станки, конвейеры и т. д. В стационарных устройствах обычно применяют регулируемый электропривод.

Простейшая форма вариатора

Возьмите два цилиндра (например, два простых карандаша) и поставьте их на небольшом расстоянии друг от друга. Стяните их резинкой и начните скручивать одну из них. Вы можете заметить, что другой карандаш начинает вращаться с той же скоростью. А вот если цилиндры разного диаметра, то картина будет совсем другая. Один будет вращаться медленнее, а другой быстрее. По такому принципу устроена коробка-вариатор. Только вот диаметр этих «цилиндров» постоянно меняется.

Ремень в вариаторе

Конечно, резиновый или тканевый ремень пару сотен километров в такой коробке не прослужил бы. Ремни в вариаторах имеют очень сложную конструкцию. Обычно используется набор металлических лент – с покрытием или просто набор трапециевидных пластин, края которых соприкасаются со шкивами. Также в качестве ремня в вариаторе может выступать и широкая пластинчатая цепь из стали, соприкасающаяся краями с конусами. Именно такая цепь установлена ​​на некоторых автомобилях Audi.

Для смазки используется специальная жидкость, меняющая фазовое состояние при достаточно сильном давлении (происходит в месте контакта ремня со шкивом). По этой причине цепь передает значительное усилие без проскальзывания.
Как коробка-вариатор изменит количество передач при наборе скорости зависит от управляющей программы. Если при разгоне на обычном автомобиле мы крутим двигатель на каждой скорости и затем переходим к следующей, то при разгоне автомобиля с вариатором мотор работает с той же скоростью. Соотношение передаточного числа изменяется плавно.

Многие теперь знают, как работает коробка-автомат. А вот езда на машине с вариатором немного другая. Во-первых, это создает необычное ощущение. При разгоне двигатель автомобиля выходит на большие обороты и держится на них заданные обороты, воя как пылесос. Но при этом скорость разгона увеличивается, так как время на переключение ступеней не тратится. Это преимущество, которым обладает коробка-вариатор.

Коробка-вариатор: отзывы

Плюсы: малый вес, работа на максималках без рывков, экономия топлива, большой ресурс при правильном обслуживании, комфорт (так как нет передач), нет потери в динамике, возможна быстрая езда.

Минусы: дорогой ремонт и обслуживание, малый ресурс при неправильном обслуживании или при его отсутствии, причем этот ресурс меньше, чем у автоматических коробок.

Как работает вариатор вашего скутера?

Если у вас дома есть скутер, вы наверняка слышали термин «вариатор». В этой статье мы объясним, как работает вариатор скорости вашего скутера и как получить максимальную отдачу от этого компонента.

Что такое вариатор?

Вариатор скутера является одной из важнейших деталей этого типа мотоцикла, так как без механической коробки передач он отвечает за изменение передаточных чисел или передач нашего скутера.

Чтобы понять это проще, мы должны рассматривать вариатор нашего скутера как звездочки велосипеда. Если у нас будет большая передняя звезда, нам придется приложить большее усилие, но мы будем больше двигаться с меньшим ходом педали, а с маленькой мы будем двигаться с меньшим усилием, но нам придется больше крутить педали.

Мы найдем вариатор нашего мотоцикла в самом начале трансмиссии скутера, соединенный с коленчатым валом двигателя для передачи всей мощности, которую он генерирует, на колеса.

Части вариатора:

Вариатор скорости скутера состоит из различных частей, хотя в зависимости от типа вариатора, как мы объясним ниже, они могут различаться. Состав вариатора следующий:

• Ползун: Это металлический цилиндр, на который опирается вариатор и который фиксирует его для правильной работы.

• Шкив: Деталь, соприкасающаяся с приводным ремнем скутера.

• Массы или ролики: Противовесы, отвечающие за работу и открывание вариатора. Чем легче вес, тем позднее открытие и выше ускорение. Чем тяжелее вес, тем раньше открытие и выше максимальная скорость.

• Рампа или колокол: Внутренняя часть привода, по которой скользят грузы или ролики, в зависимости от типа привода.

• Смазка только на некоторых моделях: только в обычных приводах используется смазка для смазки и уменьшения трения между штифтом и приводом.

В любом типе вариатора мы обнаружим, что шкив находится в непосредственном контакте с ремнем, и он ограничен полушкивом, который направляет его.

Типы вариаторов

На рынке есть разные производители, которые производят этот тип компонентов для скутеров не только в качестве запасной части на случай поломки оригинального, но и для повышения производительности нашего мотоцикла.

Оба типа вариаторов работают благодаря центробежной силе, создаваемой коленчатым валом скутера, но мы можем выделить 2 типа вариаторов в зависимости от их внутреннего движения:

Обычный или роликовый вариатор

Наиболее широко используемый и один, используемый производителями серий и некоторыми производителями производительности, где пандусы, направляющие и веса роликов модифицируются для получения других функций.

В этом типе вариатора ролики перемещаются в продольном направлении (перекатываясь), чтобы открывать или закрывать вариатор и передавать мощность двигателя на систему привода.

Ролики перемещаются по пандусам, расположенным внутри вариатора. В зависимости от наклона или наклона пандусов характеристики и результат на нашем мотоцикле будут разными.

Схема вариатора обычного скутера и его частей.

Поперечный вариатор

Менее известный, но более эффективный из двух, поскольку он упрощает работу и улучшает функции или преимущества, которые может предложить обычный.

В отличие от обычного вариатора, в поперечном вариаторе (также известном как осевая передача или осевой вариатор) не ролики, а массы. Массы представляют собой противовесы, изготовленные из кевлара и пластика, которые выполняют ту же функцию, что и ролики.

В этом случае вместо роликов, перемещающихся в продольном направлении, массы перемещаются в поперечном направлении, прикладывая усилие к раструбу вариатора и заставляя его перемещаться для открытия или закрытия вариатора.

Колокол в поперечном вариаторе является ключевым элементом, так как он заменяет функцию, которую выполняют аппарели. Для правильной работы вариатора необходим правильно откалиброванный колокол.

Схема поперечного вариатора скутера и его частей с

Преимущества поперечного вариатора

Установив поперечный вариатор на наш скутер, мы не только улучшим характеристики нашего мотоцикла, но также выигрывают в удобстве и комфорте в 4-тактных двигателях. С поперечным вариатором мы компенсируем мелкие неровности 4-тактного двигателя внутреннего сгорания, потому что уменьшаем внутреннее трение внутри трансмиссионной группы.

Поперечный вариатор JCosta и его части

Если обратить внимание на производительность, которую мы можем получить с поперечным вариатором, мы увидим, что мы будем набирать скорость как на низкой скорости, так и на высокой скорости. Это позволит нам иметь большее ускорение с закрытым вариатором и большую максимальную скорость с открытым вариатором.