Коробка вариатор (cvt)

Что это такое

Многих закономерно интересует, что это такое и чем вариатор отличается от других КПП на автомобиле.

Но сначала небольшой экскурс в историю. Прежде чем рассказать, что такое КПП вариатор, не лишним будет узнать, когда он впервые появился в автомобиле.

Впервые о принципе работы вариатора задумался великий да Винчи в 15 веке. Но патент на такую разработку появился лишь во второй половине 19 века. Первая машина с подобной КПП появилась в 50-х годах прошлого века. Тогда вариацию вариатора поставили на машину фирмы DAF. Чуть позже КПП установили на авто марки Volvo. Тогда коробка не завоевала особой популярности, и производство прекратилось. Зато не остановились работы по усовершенствованию.

Но это всё равно не даёт понять, что такое CVT трансмиссия. Отличительной особенностью узла является способность к изменению передач в ином порядке, нежели в классическом автомате. Передачи меняются без последовательного и постоянного переключения скоростей. Поэтому коробку и называют бесступенчатой.

Это если говорить простыми словами о том, что же такое вариатор и как он работает в машине.

При этом CVT считается разновидностью автоматических коробок. Вариатор способен функционировать в широком диапазоне, условные передачи переключаются в автоматическом режиме, всеми процессами управляет электроника. При этом разница между современным вариатором и классическим автоматом внушительная.

Бесступенчатые коробки компактнее и меньше, что связано с их конструктивными особенностями;

У коробок разный принцип работы. CVT может похвастаться оптимальным сочетанием между нагрузкой на мотор и передаточным отношением в момент времени, поскольку изменения здесь происходят ежесекундно.

Это примерное описание того, что значит CVT и какие особенности имеет эта коробка передач.

С позиции инженерии вариатор считается лучшей КПП среди всех существующих, но делать поспешные выводы не стоит. Технология ещё далека от совершенства.

Условно понимая, что значит современная коробка передач типа CVT, стоит углубиться в этот вопрос и изучить систему более подробно. Это позволит не просто уловить суть, но и принять для себя решение касательно покупки авто с такой трансмиссией.

Возвращаясь к вопросу о том, что означает CVT и почему такая коробка в автомобиле считается оптимальной. Это обусловлено отсутствием переменных передач. То есть когда машина движется, толчки, характерные для АКПП и роботов при смене передачи, в случае с CVT отсутствуют. Скорость набирается плавно и чётко, без рывков.

Принцип работ

Вариативная КПП делится на несколько типов:

• цепные;
• клиноременные;
• тороноидальные.

Тороноидальные не так популярны, как клиноременные, в основном потому, что устанавливаются на заднеприводные и полноприводные автомобили, у которых двигатель находится продольно.

О коробке вариатор и сколько она служит, узнаем из видеоролика Вести РФ.

https://youtube.com/watch?v=OO-jofyt3GE

В настоящее время клиноременный вариант – самый популярный тип вариаторной коробки передач. Суть качественного ремня в том, что в разрезе он приобретает вид трапеции и вклинивается в шкив боковыми поверхностями. Чтобы понять устройство на основе работы этого ремня, представим перед собой две похожие трубки, которые находятся рядом в вертикальном положении. Если скрутить их друг с другом резинкой и начать крутить одну трубку, вторая повторит движения первой, причем подстраиваясь под ту же скорость, которой следует первая трубка.

Что такое коробка передач CVT и в чем заключается ее надежность, узнаем из видео Artur Bogomolov.

Если одну из двух деталей заменить трубкой большего размера, тогда их скорость будет заметно различаться: трубка с большим диаметром будет вращаться медленнее, что в целом нарушит ритм их слаженной работы. В этом и заключается принцип действия коробки передач: цилиндры постоянно изменяют свой размер, и за счет этого происходит работа.

Галерея «Типы вариаторных КПП»

На картинках можно увидеть виды коробок переключения передач.

В составе КПП находятся конусообразные шкивы, которые «смотрят» друг на друга острыми концами и упираются в . Конусы сходятся и расходятся, изменяя размер поверхности шкивов. Когда они отстраняются друг от друга, ремень приобретает горизонтальное положение, становясь ребрами, и проваливается в середину шкива, охватывая меньший радиус его размера.

Если концы встречаются, ремень натягивается и охватывает больший радиус шкива. Работу шкивов тщательно контролирует гидравлическая система. Она наблюдает за тем, чтобы концы конусов равномерно сходились и расставались. Как в случае с примером, где фигурировали трубки, один из конусов является ведущим, а второй ведомым. Один шкив находится на основном валу, который идет от мотора. Второй шкив идет на валу от колес автомобиля.

Благодаря работе шкивов и их удобному расположению, получается бесступенчатая трансмиссия. Передаточное отношение имеет обширные «горизонты». Когда мы сдаем на машине назад, вариатор активирует узел, который задает кружение выходного вала в обратном направлении. в машине узнаем ниже.

Вариатор фирмы JATCO

Плюсы и минусы вариатора

Поклонники вариаторной коробки передач ценят ее за такие преимущества:

1. Простота. Конструкция CVT проста, как всё гениальное. После современных АКПП и роботизированных DSG коробок, это просто находка для любителей простых решений;
2. Плавный старт. Тронуться с места будет легко даже новичку, в отличие от других типов трансмиссии;
3. Отсутствие передач. Без использования ступенчатого механизма изменение передач происходит без рывков;
4. Оптимальная динамика разгона. Автомобиль с вариатором намного проще набирает скорость, в отличие от АКПП и МКПП;
5. Поддержание скорости движения на разных типах местности. Например, автомобиль не снизит скорость при подъеме в горку. Сохранение скорости движения происходит за счет плавного повышения или понижения передачи;
6. Вариатор не замерзает. Значит, легче будет запустить его зимой, когда автомобиль ночевал на морозе под открытым небом. Он тоже требует прогрева, как и другие КПП, просто времени это занимает меньше;
7. Экономия топлива. Это то, ради чего вообще создавалась вариаторная трансмиссия – экономия ресурсов, в том числе уменьшение токсичных выбросов;
8. Невысокая цена по сравнению с современными АКПП и DSG.

Недостатки у вариатора тоже есть, поскольку этот вид трансмиссии находится еще в самом начале своего развития. Чем плох вариатор:

1. Регулярное ТО. Во-первых, нужна периодическая замена трансмиссионной жидкости, причем покупать придется специальную, с пометкой CVT. А во-вторых, ремень имеет достаточно короткий ресурс и требует замены каждые 60 тыс. км;
2. Ограничения по нагрузкам. До недавнего времени вариаторы ставились только на маломощные двигатели. Они не предназначены для резких стартов с пробуксовкой, это не спортивная трансмиссия. К тому же, нельзя буксировать автомобиль с вариатором. Если автомобиль сломался, доставить на СТО его можно только на эвакуаторе, но не «на галстуке». Причина – недостаточная прочность основного ремня (цепи);
3. Медленная работа. Некоторые модели вариаторов заметно «тупят» при изменении оборотов, так что на 1-2 секунды отстают от нажатия педали газа;
4. Не все СТО берутся его обслуживать. Найти умельцев, способных отремонтировать вариатор, довольно сложно. Мастера предпочитают не связываться с этой коробкой передач, а заниматься более привычными «автоматом» и «механикой»;
5. Вариаторы подходят в основном только для города. Спорт и экстрим не для них.
6. Сложная электроника. Если хоть один датчик, регулирующий работу вариатора, выйдет из строя, откажет и сам вариатор. А датчиков там много! Не слишком радужная перспектива – остаться посреди улицы ждать эвакуатор.

Несмотря на недостатки (а где их нет?), вариатор (CVT) остается очень прогрессивным типом трансмиссии. Совершенствование конструкции уже позволяет ставить его на достаточно мощные моторы и давать большие нагрузки. Конечно, никуда не делась необходимость обслуживать эту коробку передач, но ведь и двигатель требует внимания, и с этим уже все смирились.

Так что рассуждения о том, сколько ходит такая АКПП, постепенно остаются в прошлом: вариаторы становятся всё более надежными. Иногда покупатели отказываются от автомобиля только на основании того, что на нем установлен вариатор. Плюсы и минусы этой трансмиссии уже понятны, остается только выбрать то, что по душе.

Правила эксплуатации

При соблюдении простейших принципов эксплуатации вариатору гарантирован долгий срок службы. Так, в зимние месяцы надо стараться не допускать нагрузок на вариатор в начале езды. Также надо выделять время на прогрев всем деталям системы.

Авто с вариатором часто обгоняет более мощные машины из-за отсутствия необходимости в переключении скоростей

Кроме того, нужно отслеживать уровень жидкости и вовремя сменять ее. Ни в коем случае нельзя допускать сильных нагрузок на старте, а также при буксировке и при езде по бездорожью.

Нужно держать все датчики в рабочем состоянии, и время от времени проверять проводку на целостность. Если у вас появятся проблемы при езде, сначала нужно проверить мотор — свечи, аккумулятор, электрику. Потом нужно диагностировать состояние авто в соответствии с кодами поломок, и ни в коем случае не проводить ремонт вариатора самостоятельно. При езде на скутере вам время от времени потребуется менять ремень вариатора на скутер.

Рейтинг вариаторов по надежности

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

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

Различия

Различий у двух типов трансмиссий на самом деле больше, чем кажется на первый взгляд.

1. Гидромеханический автомат универсален — его можно устанавливать на автомобили любого размера и направленности: от городских машин до спорткаров. Вариатор не подходит для мощных седанов, внедорожников или спортивных автомобилей. Его стихия — семейные и городские автомобили, а также кроссоверы.
2. Вариатор обеспечивает большую мягкость хода и комфортность поездки. Автомат также более комфортабелен при езде, чем автомобили с МКПП, однако уступает вариатору из-за ярко выраженных рывков.
3. Конструкция автомата имеет большую надежность и больший ресурс. Вариатор чаще ломается, требует особого обслуживания и выходит из строя раньше.
4. Вариатор более экономичен, так как потребляет меньше топлива, чем автомат.

Резюме: плюсы и минусы вариатора.

Итак, подведем итоги всего вышесказанного.

Минусы вариатора.

1. Невозможность резко стартануть с места, с прокручиванием колес.
2. Не работает со слишком мощными двигателями. Современные вариаторы ставят на авто с двигателем до 200 лошадей.
3. Для сложного вождения надо менять свои навыки. В те моменты, когда нужно точно «давать газ» (стабилизация при маневре, вызов заноса на полном и заднеприводном авто, скоростной выход из поворота и т.д.), надо давать чуть упреждающее нажатие на педаль акселератора.
4. Невозможность хорошей спортивной езды. Спортивные приемы плохо работают.

Плюсы вариатора.

1. Хорошие показатели разгона для среднемощных автомобилей.
2. Пониженный расход топлива по сравнению с автоматом. Особенно хорошо проявляется экономия топлива в сочетании с круиз контролем при движении по трассе.
3. Дополнительная безопасность в экстремальных ситуациях. Плавное нарастание и падение тяги не дает дестабилизировать авто. Постоянное сцепление избавляет, например, от таких моментов, как нестабильное поведения автомобиля в управляемом заносе при автоматической смене передачи.
4. Ну и, естественно, все плюсы «автомата»: не надо переключать передачи, нажимать сцепление и т.д. Т.е. легкость управления автомобилем.

Недостатки и достоинства

Слабыми местами автомобильных вариаторов являются: для клиноременного — ремни, для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов высокой, близкой к надежности коробок «автомат».

Из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы не могут работать с двигателями большой мощности и на автомобилях для перевозки грузов. Если для грузовиков вариаторы непригодны, то для легковых машин приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий будущее, тем более технологии не стоят на месте.

Если сравнить динамические характеристики автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одном и том же автомобиле разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой? Все дело в привычке — многие недовольны, что машина с вариатором «все время ноет на одной ноте».

Большинство привыкли к нарастающему шуму мотора и фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом деле, при нормальной настройке блока разгон происходит быстрее.

Устройство и принцип работы вариатора.

Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной- двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.

Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Двигатель не запущен	Малые обороты двигателя
Средние обороты двигателя	Максимальные обороты двигателя

На рисунках вверху показаны также положения клиновидного ремня в разрезе на ведущем шкиве (слева) и ведомом (справа) при разных режимах работы двигателя.

Между прочим, принцип устройства под названием вариатор не нов — мысли о бесступенчатой трансмиссии стали посещать конструкторов практически сразу с началом применения поршневых ДВС на транспорте. Современное же развитие электроники и технологии материалов дало возможности усовершенствовать (остающиеся, однако, в принципе своем неизменными) конструкции вариаторов, и сейчас наблюдается, по-видимому, начало самого широкого распространения таких трансмиссий на автотранспорте.

На сегодняшний день рекордом для клиноременного вариатора оказывается 220 л.с. и 300 Нм, которые развивает V-образный 6-цилиндровый мотор Audi A6, “воспринятый” трансмиссией Multitronic, а для тороидного — “переваренный” Extroid (3-литровый двигатель Nissan Gloria и Cedric), развивающий 240 л.с. и 310 Нм.

Однако если для грузовиков вариаторная коробка переключения передач до сих пор непригодна, то для легковых автомобилей весьма приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий (CVT), очевидно, большое будущее, тем более что и технологии материалов не стоят на месте.

Бесплатная консультация: по тел.: 500-755Диагностика и ремонт вариатора (CVT) в Томске — это Автокомплекс AutoLife Томск

Принцип работы и конструкции вариатора

Проще всего принцип работы вариатора можно рассмотреть на примере самого распространенного типа устройства: клиноремённого.

На валу, который соединён с валом двигателя находится ведущий шкив, выполненный из двух половинок. Половинки могут передвигаться по валу (оси своего вращения). Аналогичный (состоящий из двух половинок) шкив расположен на другом валу, соединённом с приводами колес автомобиля. Этот шкив называют ведомым. Между собой ведущий и ведомый диски соединены ремнём, клиновидным в сечении.

На низких оборотах двигателя половинки ведущего шкива раздвинуты и ремень «провален» к оси вращения, а на ведомом шкиве наоборот: ремень «выдавлен» максимально далеко от оси вращения.

Таким образом, за счёт трения в месте контакта ремня с поверхностями половинок шкивов образуется ремённая передача, схематично изображённая на следующем рисунке.

То есть ведущий вал как бы аналогичен шестерёнке малого диаметра, а ведомый – большого. Соответственно, на малых оборотах угловая скорость ведущего шкива существенно выше, чем ведомого, к которому передаётся максимальное тяговое усилие (и минимальная угловая скорость).

Сдвигает половинки ведущего шкива торцевое усилие, формируемое в зависимости от конструкции вариатора инерционными силами (от роликов внутри одной половинки шкива, перемещающихся за счёт центробежных сил – простейший случай) или гидравликой, получающей команды от электронного блока управления (современные системы).

Помимо центробежных, системы передачи крутящего момента с электронным управлением могут быть электромагнитными или многодисковыми, но наибольшее распространение благодаря доведенности конструкции получили гидротрансформаторы.

На высоких оборотах картина обратная: «шестеренка» ведущего шкива становится большого диаметра (ремень выдавливается к периферии шкива) а у ведомого половинки раздвигаются и ремень «проваливается» к центру («шестерёнка» малого диаметра). Трение, необходимое для изменения расстояния между половинками ведомого шкива и натяжение ремня обеспечивает пружина.

По принципу действия помимо клиноременных существуют ещё торовые вариаторы.

В них роль составных шкивов выполняют конусообразные диски, а роль ремня – ролики грибовидной формы, имеющие возможность не только вращаться вокруг своей оси, но и перемещаться относительно оси вращения дисков. При различных положениях роликов они по различного диаметра окружностям соприкасаются с дисками, и за счёт этого меняется передаточное отношение между дисками. На практике торовые вариаторы встречаются существенно реже клиноременных.

Казалось бы, если всё так просто и принцип работы устройства хорошо известен, почему на автомобилях вариаторы стали применяться сравнительно недавно?

Дело в том, что материал ремня, используемый в вариаторах скутеров и снегоходов, не рассчитан на уровень нагрузок, которые возникают в автомобилях. И только современные технологии позволили разработать привод вариатора, выдерживающий высокие нагрузки.

Ремень современного автомобильного вариатора металлический, состоящий из двух металлических лент и вставленных в них набора упругих металлических звеньев.

От ведущего шкива наиболее зажатое в нем звено передаёт толкающее усилие к следующему звену и далее по цепочке. Получается, что такой наборный ремень не тянет, а толкает ведомый шкив и это позволяет передавать на него бо́льшие усилия, чем в обычной клиноремённой передаче. Именно такой тип привода получил максимальное распространение в современных вариаторах.

В некоторых марках автомобилей (прежде всего Audi) встречается привод в виде многозвенной цепи вместо ремня.

Такую передачу ещё называют клиноцепной. В отличие от металлического наборного ремня пятно контакта торцевых участков такой цепи с конусной поверхностью шкивов существенно меньше, и это обстоятельство предъявляет повышенные требования к материалу и сочленениям цепи. У цепной передачи самый высокий КПД передачи усилия от ведущего шкива к ведомому, неплохие показатели долговечности, достаточно простая замена в случае необходимости. Но при этом цепь – достаточно дорогой привод.

К особенностям конструкции вариатора ещё следует отнести необходимость встраивания в устройство механизма заднего хода – прямой реверс шкивов вариатора невозможен. Практически это решается так же, как и в автоматических коробках передач: в конструкции предусмотрен планетарный редуктор.

Современный клиноременный вариатор

В современной конструкции КПП CVT применяются шкивы из сверхпрочного металла, а ремень – не эластичный жгут, а наборная лента из износостойкого металла (собирается из полосок, которые скрепляются между собой скобами). На ремень наносят специальное покрытие, защищающее от износа и проскальзывания.

Один из шкивов является ведущим. Он соединён с коленчатым валом двигателя (который служит преобразователем энергии, получаемой в результате сгорания топлива, в энергию вращения). Ведомый шкив соединен с колёсами авто. Шкивы имеют переменный диаметр (грани обода расходятся и сходятся, тогда ремень проходит уже не внутри, между ними, а поверх).

При небольшой скорости движения автомобиля диаметр ведущего шкива имеет минимальные значения, а ведомого – максимальные. При средней скорости диаметр одинаковый. При максимальной – размер ведущего увеличивается, а ведомого уменьшается. Изменяя размеры шкивов, изменяем передаточное число.

Механизмом «руководит» электронная система, опираясь на информацию с многочисленных датчиков (об оборотах вала, о вращении колес, сведения с самой трансмиссии).

Основные элементы вариатора

Шкивы и ремень являются лишь частью конструкции современных вариаторов и называются клиноременной передачей. Строение CVT (бесступенчатой коробки передач) гораздо сложнее, в корпусе агрегата предусмотрено немало других элементов.

Вспомним, что нам уже известно. Крутящий момент от двигателя передается на первичный вал, а затем на ведущий шкив. В этом процессе может быть задействован гидравлический трансформатор (предусмотрен не во всех моделях). Гидротрансформатор отсоединяет трансмиссию от двигателя, через него передается усилие от вала к шкиву.

После гидротрансформатора усилие переходит на ремень, а с него на ведомый шкив. Далее при помощи планетарного редуктора момент переходит на вторичный вал. И машина движется вперед. Чтобы автомобиль двигался назад, запускается планетарный механизм или режим заднего хода (изменяет направление вращения вала).

В конструкции предусмотрен и дифференциал, который распределяет нагрузку по колёсам (на дифференциал крутящий момент передается от промежуточного вала).

Электронная система, которая руководит всеми процессами внутри CVT, считывает информацию с датчиков и изменяет режим работы CVT. Датчики установлены там, где можно быстро получить сведения о скорости вращения валов, о температуре рабочей жидкости, о положении селектора (ручки КПП). Электроника учитывает нагрузку на двигатель, скорость движения авто, положение педали газа и многое другое.

В некоторых моделях вариаторов предусмотрена возможность ручного переключения скоростей, ступенчато, как на АКПП. В других могут присутствовать лишь спецрежимы: «спортивный», «экономичный».

Все описанные элементы помещены в один корпус.

Рабочая жидкость

Диаметр шкива изменяется за счет перемещения дисков. Перемещение оказывается возможным благодаря давлению рабочей жидкости – масла (гидравлическая система). Но это утверждение справедливо лишь в отношении ведущего шкива. На ведомом диски перемещаются от натяжения ремня и за счет возвратной пружины.

Для CVT разработано специальное масло. Жидкость проявляет фрикционные свойства (помогает уменьшить силу трения и износ трущихся поверхностей) при своей рабочей температуре (60-70 градусов выше нуля).

При движении со скоростью более 150 км/ч масло перегревается (рабочая температура возрастает до +80 градусов). Перегрева допускать нельзя, он негативно сказывается на сроке службы вариатора (CVT). Охлаждают жидкость с помощью дополнительно установленного маслоохладителя (радиатор).

Необходимо следить за уровнем масла: если количество слишком уменьшиться, ремень будет проскальзывать. И, чтобы не допустить засорения, менять жидкость необходимо каждые 60-150 000 км (раз в пять лет).

Устройство и принцип работы вариатора

Сначала предлагаем узнать, что такое коробка передач вариатор в машине и как понять принцип ее работы. CVT – это бесступенчатая коробка передач, которая визуально напоминает обычную АКПП, по одному внешнему виду различить эти типы невозможно.

Схема устройства КПП в разрезе

Основные составляющие компоненты агрегата:

1. Шкивы КПП. Обычно в коробках передач CVT используется два шкива – ведущий и ведомый. Первый соединяется с силовым агрегатом, передающим крутящий момент на трансмиссию. Второй предназначен для передачи этого момента на ведущие колеса. Конструктивно шкивы состоят из двух конусов, которые монтируются так, что направлены острыми сторонами друг к другу. Во время работы КПП половинки шкивов сдвигаются и раздвигаются посредством использования привода. Между собой эти элементы соединяются при помощи клиновидного ремешка.
2. Ремень. Обычно он выполнен в виде стальной ленты, на которую монтируются трапециевидные пластины из металла. В коробках передач CVT Ауди вместо ремешка используется цепь.
3. Сервоприводы. Система этих устройств используется для сдвигания, а также раздвигания конусов шкивов. Она управляется центральным процессором, а положение конусных элементов определяется частотой оборотов мотора и скоростью, с которой передвигается машина.
4. Управляющий модуль или автоматика. Это устройство предназначено для контроля работоспособности всех систем CVT. Управляющий модуль выполняет функцию определения положения конусов в определенный момент времени. Также автоматика используется для разъединения и соединения коленчатого вала и ведущего шкива.
5. Устройство для соединения коленчатого вала и шкива. Такие системы могут быть разными, все зависит от производителя авто. Часто в вариаторных автоматах используются центробежные или электромагнитные сцепления. Производители машин могут оснащать транспортные средства гидротрансформаторными устройствами либо многодисковыми сцеплениями.

Что касается принципа действия, то он заключается в одновременном изменении диаметров шкивов. Их размеры меняются в соответствии с режимом функционирования силового агрегата. Когда транспортное средство начинает движение, диаметр ведущего шкива минимальный, поскольку конические диски полностью разъединены. А размер ведомого шкива наибольший, поскольку конические элементы сжаты. Когда увеличивается количество оборотов мотора машины, диаметр ведущего шкива начинает возрастать, а ведомого – снижаться, что приводит к изменению передаточного числа. При увеличении скорости машины трансмиссия автоматически поддерживает необходимое количество оборотов ДВС, что позволяет агрегату реализовать максимальную мощность и обеспечить хорошую динамику транспортного средства в целом.

Схема изменения размеров валов

Ремень вариатора

В зависимости от разновидности агрегата, виды ремешков могут быть разными. Чем плох текстильный ремень для вариатора, так это тем, что его срок службы слишком низкий для работы в таких условиях. Обычные ремешки быстро изнашиваются и обрываются, поэтому разработчики вариаторной коробки передач использовали специальные изделия со сложной структурой.

Вместо ремня может использоваться стальная лента, оснащенная специальным покрытием. Либо же это может быть совокупность лент со сложной структурой и наличием множества металлических элементов в виде трапеции. Края трапециевидных деталей соприкасаются со шкивами, что позволяет обеспечить хорошие толкающие характеристики и возможность передачи мощности. При работе в таких условиях обычный ремешок уже износился бы и порвался, а металлическая лента, напротив, становится жесткой.

Вместо ремешка может использоваться стальная цепь, состоящая из множества звеньев. Края этой цепи соприкасаются с конусными элементами. Для обеспечения нормальной работы цепь должна смазываться специальным средством. Такая жидкость позволяет менять фазовое состояние при высоком давлении в месте контакта с поверхностью шкива. Благодаря этому цепь позволяет передавать довольно большое усилие без проскальзываний.

Виды вариаторов

Конусные вариаторы

Два конуса, направленные сужающимися участками в разные стороны, соединенные между собой ремнем. Самый примитивный тип таких вариаторов применялся на мельницах в 19 веке. Значительно позже подобные механизмы стали применять на станках. Существует большое количество конусных вариаторов: фрикционные и с промежуточными звеньями, планетарные, ВЕБО и другие, каждый нашел применение в той или иной сфере.

Тороидальные вариаторы

По принципу действия это фрикционные вариаторы, передающие усилие за счет трения. Были попытки реализовать такие коробки в автомобилестроении, но массового распространения, по ряду причин, они не получили. Один из примеров – вариатор Extroid CVT от Jatco, который ставили на Nissan Gloria 1999 года выпуска.

Основной узел тороидального вариатора испытывает колоссальные нагрузки, давление в пятне контакта роликов и дисков может достигать 10 тонн. Поэтому в производстве приходится использовать высокоуглеродистую сталь.

Клиноременные вариаторы

Самый распространенный на сегодняшний день тип вариаторов, получивший применение не только в автомобилях, но и в мотоциклах, снегоходах, скутерах.

В клиноременной конструкции присутствуют:

1. Блок вариатора со шкивами, соединенными ремнем. За сближение и отдаление конусов, образующих шкивы, отвечают гидравлическое давление, центробежная сила или усилие пружин;
2. Фрикционы переднего и заднего хода, необходимые для изменения направления движения;
3. Планетарный механизм, отвечающий за включение реверсивного режима;
4. Гидравлический блок, обеспечивающий необходимое давление жидкости, ее циркуляцию и подачу в нужные места;
5. Электронный блок управления, объединяющий и контролирующий работу всех отдельных механизмов вариатора.

Сам ремень, участвующий в передаче усилий, назвать ремнем можно с большой натяжкой. Это достаточно сложный по конструкции механизм, состоящий из множества конусовидных пластин (до 400 штук), расположенных на лентах.

Цепные вариаторы

Это следующий этап в развитии вариаторов, в которых ремень заменен на цепь, с целью продления срока службы. Устройство цепи сложное, она состоит из множества прочных пластин, расположенных в шахматном порядке. При правильной эксплуатации цепь обладает большим сроком службы, а также более качественно передает крутящий момент. Передача усилий передается торцевой поверхностью цепи.

Вариатор

Вариатор (CVT) — вариант бесступенчатой трансмиссии, в процессе работы которой не происходит переключения передач. Простейшие модели вариатора использовались на мельницах, затем — на различных станках. Легковые автомобили стали оснащаться вариаторами во второй половине XX столетия, а расцвет бесступенчатой трансмиссии наступил уже в XXI веке.

Краткий обзор

Существует немало разновидностей вариаторов, в легковом автомобилестроении чаще всего встречаются следующие разновидности:

• клиноременная трансмиссия;
• клиноцепная трансмиссия

Клиноременной вариатор — самая распространенная разновидность вариатора на сегодняшний момент. Крутящий момент от движка в них передается с помощью трапециевидного металлического ремня. Ремень надевается на два шкива — один ведущий, передающий усилия от силового агрегата, и один ведомый, передающий усилие к колесам. Изменение диаметров шкивов изменяет передаточные числа, примерно соответствующие диапазонам обычных передач в коробке. Принцип работы клиноцепной трансмиссии схож, однако в них ремень меняется на цепь.

Плюсы и минусы

Вариатор имеет множество преимуществ по сравнению с МКПП и даже гидромеханическим автоматом. Однако отдельные недостатки конструкции не дают ему полностью вытеснить другие варианты трансмиссий.

К положительным качествам вариатора относятся следующие преимущества.

Высокий КПД трансмиссии. У вариатора нет расходов мощности на переключение передач, так что используется больший объем мощности, поступающий от двигателя.
Меньший расход топлива — этот плюс вытекает из предыдущего. Для достижения нужных показателей скорости вариатор использует меньший объем бензина.
Большая экологичность — меньший расход топлива определяет и меньшее количество вредных выбросов в выхлопе автомобиля.
Плавный разгон с лучшими показателями ускорения. Вариатор позволяет быстрее разгонять машину, так как нет затрат времени на переключение передач. Так что по динамическим характеристикам вариатор выигрывает и у МКПП, и уж тем более у коробки-автомат.
Отсутствие рывков. Так как у вариатора нет передач, то движение происходит плавно. Ускорение на автомобиле с вариатором напоминает езду на электромобиле или, например, троллейбусе. Это обеспечивает максимальный комфорт езды на машине с вариатором.
Дополнительный, но немаловажный плюс — отсутствие отката назад при трогании на неровной поверхности

Автомобиль с вариатором не заглохнет при трогании на горке и не откатится назад, что особенно важно для начинающих водителей.

Однако есть у вариатора и немало минусов, из-за которых он проигрывает другим типам трансмиссий.

1. Вариатор невозможно установить на двигатели большой мощности — клиноременная или клиноцепная трансмиссия не способна передавать крутящий момент от двигателей мощностью более 220 л. с.
2. Несмотря на хорошие динамические характеристики вариатор не подходит для спортивного типа езды. Он «не любит» высоких оборотов двигателя, резких ускорений, пробуксовок и т. д.
3. Недостаточная надежность конструкции — наличие большого количества электроники приводит к усложнению системы. Поэтому поломка вариатора — достаточно распространенное явление. Кроме того, ремонт вариатора обходится дорого, к тому же настоящих специалистов по подобному типу трансмиссии не так много.
4. Меньший ресурс коробки — ремень вариатора рекомендуется менять после пробега в 150 тыс. км вне зависимости от его физического износа.
5. Требовательность к обслуживанию. Вариатор можно заправлять только оригинальным трансмиссионным маслом, которое обходится дороже аналогов.
6. Вариатор не позволяет буксировать прицеп или другой автомобиль.