Что такое вариатор на автомобиле – самое простое объяснение устройства, принципа работы и его недостатков

Что такое вариатор на автомобиле – самое простое объяснение устройства, принципа работы и его недостатков

Добрый день, дорогие друзья. Сегодня подробно разберем еще одну автоматическую коробку передач – вариатор. Объясню, из чего он состоит, как работает и почему многие бояться этой коробки. Начнем с самого главного – что это за «зверь».

Что такое вариатор в машине

Вариатор в автомобиле – это автоматическая, бесступенчатая коробка передач. Простыми словами – КПП, которая не имеет фиксированных передач. То есть, в ней нет шестеренок, которые отвечают за передачу крутящего момента от мотора к колесам.

Если в классической АКПП есть определенный набор шестерёнок, которые включаются и выключаются на определенных скоростях и оборотах двигателя, то здесь подобной конструкции нет. Все передачи виртуальные. Они запрограммированы в ЭБУ и в зависимости от определенных условий, происходит «магия» изменения передаточного числа. На приборке вы можете видеть цифры «1», «2», «3» – это индикаторы выдуманных передач, чтобы вам было спокойно, и вы знали, что как бы включена какая-то скорость.

Хотя нет, обманул, есть планетарная передача. Она отвечает за движение автомобиля задним ходом – это задняя скорость. А передача крутящего момента от силового агрегата к колесам происходит через ремень или ролики.

В первом случае – используется ременная или цепная передача. Во втором случае – вместо ремня применяются ролики, он называется тороидальный. Конструктивно такой вариатор немного отличается от клиноцепного или клиноременного (первого варианта).

Роликовая или тороидальная бесступенчатая КПП отличается от классической ременной наличием роликов в механизме передачи момента. Они используются вместо ремня или цепи. В ней конусообразные пластины неподвижные. Изменение передаточного числа осуществляется за счет изменения положения роликов относительно конусных пластин шкивов.

Для общего сведения. Вариаторные коробки первыми стали использовать на мопедах и скутерах. Позже они появились на снегоходах, легковых и грузовых автомобилях DAF.

Как устроен вариатор

Вариаторная коробка в своей конструкции имеет основные элементы:

1. Два вала: ведущий и ведомый.
2. Два шкива, каждый из которых находиться на одном из валов и состоит из подвижных конусов. Если быть точнее, подвижный всего один конус на каждом из шкивов.
3. Ремень или цепь. Он соединяет два шкива. Через него происходит передача крутящего момента.
4. Планетарный редуктор. Для движения машины задним ходом.
5. Набор фрикционов (сцепление) для нейтральной передачи и задней скорости.

Это основные части вариатора, которые отвечают за передачу крутящего момента от двигателя до колес, «нетралку» и заднюю скорость.

Кроме этого, есть рычаги и винт. К рычагам присоединены противоположные диски шкивов. Они могут двигаться в осевом направлении, изменяя диаметр каждого шкива, изменяя передаточное соотношение.

Шкивы

Каждый из них состоит из двух конусообразных пластин. Одна из них подвижная, двигается в осевом направлении по шлицам на валу.

Обычно подвижными делаются противоположные пластины двух шкивов. Двигая их, меняется расстояние между пластинами, изменяя диаметр шкива. Разный диаметр – разное передаточное число между ними.

Ремень и цепь

Бывает двух видов:

1. Клиновидный ремень, состоящий из металлических пластин.
2. Цепной или клиноцепной. Использует особой конструкции цепь.

Клиновидный или клиноременной

Принцип работы вариатора не допускает применение резиновых или тканевых ремней. При прижатии конусообразного диска он может сложиться, переломиться. КПП начнет «буксовать», прервется передача момента от ведущего к ведомому валу. Все закончиться дорогостоящим ремонтом коробки.

Клиновидный ремень бесступенчатой трансмиссии состоит из одной или двух лент. На них нанизаны металлические сегменты в виде «бабочек» (форма может отличаться от производителя коробки передач). Эти сегменты контактируют с пластинам шкивов. От их формы зависит эффективность передачи момента и износостойкость, долговечность ремня.

Клиноцепной

Она состоит из множества пластинок, соединенные цилиндрическими осями. Подобный тип цепи обеспечивает наименьший угол излома, долговечность. При контакте с поверхностями конусообразных дисков, возникает высокая температура. Поэтому цепь омывается дополнительно смазкой, чтобы продлить срок службы её и всему вариатору.

В отличие от клиновидного ремня, цепь обеспечивает высокий КПД коробке, большой диапазон передаточных чисел. Но стоимость его выше, что увеличивает цену вариаторной КПП.

Тороидальный или роликовый вариатор

Здесь вместо ременного механизма используются ролики. Шкивов нет, вместо них два конусообразных диска, расположенных друг против друга. Один закреплен на ведущем валу, второй на ведомом.

В отличие от ремня, диски неподвижные. Между ними находятся подвижные ролики, которые могут двигаться в сторону ведомого или ведущего вала. Изменение передаточного числа происходит за счет уменьшения или увеличения плоскости касания роликов конусообразных дисков. Крутящий момент передается только за счет силы трения роликов и поверхности конусов дисков.

Как работает бесступенчатая CVT коробка передач

Рассмотрим принцип работы двух типов вариаторов – клиноременного и тороидального (роликового) вариатора.

Ременной или цепной

В этом случае принцип работы одинаковый. Отличие только в применении в качестве передачи крутящего момента ременного или цепного привода. Устройство вариаторной коробки не изменяется.

При помощи подвижного механизма, закрепленного на одном из конусов ведущего и ведомого шкива, происходит изменение эффективного диаметра ремня. То есть, на каждом из шкивов меняется внутренний диаметр. Соответственно, изменяется передаточное число между ведущим и ведомым валами.

Простым языком:При возрастании оборотов двигателя, противоположные конусообразные пластины сдвигаются или раздвигаются, каждая на своем шкиве. Они либо выталкивают ремень наружу при их схождении, либо опускают его вниз, при раздвижении. На картинке показано, как меняется передаточное соотношение при разном положении ремня на шкивах коробки.

Как видно, здесь нет фиксированных передач, потому что нет набора звездочек. Поэтому, вариатор может иметь неограниченное число передач, а значит, широкий диапазон передачи крутящего момента.

В современных вариативных коробках все же есть две звездочки или дополнительный планетарный механизм. Он предназначен для фиксации пониженной передачи или первой скорости, чтобы момент передавался не через ремень, а через шестерни. Это бережёт ремень от проскальзывания и шкивы от царапин при старте автомобиля под нагрузкой. Например, при заезде с места на бордюр, подъем в гору с минимальной скорости или буксование в грязи.

Задняя и нейтральная передача

Когда рассматривали устройство вариатора, то говорили, что в его конструкции есть планетарная передача и набор фрикционов. Так вот, все это хозяйство отвечает за «нейтралку» и заднюю скорость.

Ведущий шкив жестко соединен с водилом планетарной передачи. На ведущем валу установлена солнечная шестерня, которая двумя рядами сателлитов связана с коронной шестернёй. Они своими осями соединены с водилом.

Чтобы обеспечить движение автомобиля прямо, нужно зафиксировать коронную шестерню с солнечной шестернёй. За это отвечает первый пакет фрикционов. Он представляет собой набор пластин. Один ряд которых имеет зубья на внешней части,они соединены с коронной шестерней. На втором ряду зубья расположены на внутренней стороне пластины, они жестко связаны с солнечной шестерней. Весь набор пластин может двигаться в осевом направлении по шлицам.

Как выглядят фрикционные диски и как они работают на планетарном механизме

Таких рядов несколько, пластины чередуются между собой. Между ними есть определенный зазор и они свободно вращаются каждый со своей шестернёй. В этот момент включена нейтральная передача. Под действием гидропривода они смыкаются. За счет силы трения между ними, они фиксируя солнечную шестерню с коронной. Теперь вся конструкция движется как одно целое, обеспечивая движения авто вперед.

При включении задней скорости активируется второй пакет фрикционов и ослабляется первый. Второй набор пластин отвечает за фиксацию солнечной шестерни с корпусом коробки.

Таким образом в работу вступают сателлиты. Коронная шестерня вращается в одном направлении, сателлиты в другом. Так как они жестко связаны с водилом, то оно вращается в противоположном направлении относительно входного вала. Это обеспечивает движение автомобиля задней скоростью.

Тороидальный вариатор

Как известно из его устройства, он имеет два неподвижных конуса, направленных друг против друга. Между ними вращаются ролики, которые изменяют свое положение относительно этих конусов.

Механизм изменения положения роликов у каждого производители свой. В некоторых моделях происходит поворот роликов относительно оси конусов. В других вариаторах ролики смещаются вдоль оси вала, а их поворот относительно конусов происходит за счет прижатия к ним. Ролики самостоятельно изменяют свое положение в плоскости за счет центробежной силы.

Недостатки вариаторов

1. Они не способны «переваривать» большую мощность двигателя. Это связано с механизмом передачи крутящего момента, не зависимо, установлен ремень или цепь. Она легко может проскакивать, задирая конуса – это уже дорогостоящий ремонт.
2. По поводу ремонта. Переборка вариатора стоит очень дорого, иногда сравнима по стоимости с капитальным ремонтом двигателя. В большинстве случаев подобный ремонт не целесообразен, проще найти «контрактную» коробку.
3. Бесступенчатая КПП прихотливая в обслуживании. Её нельзя перегревать, буксовать на одном месте, часто ездить «педаль в пол». Все это ведет к повышенному износу конусов и ремня.
4. Много датчиков управления и контроля работы вариатора. Выход одного из них приведет к выходу из строя всего агрегата.
5. Дорогое обслуживание. В ней необходимо чаще, чем в классическом автомате менять масло. Стоимость работы и самого масла выше, чем у «автомата».

Достоинства CVT

1. Плавный разгон и торможение. Отсутствие рывков, при исправном вариаторе.
2. Современные бесступенчатые КПП умеют экономить топливо лучше классических автоматов. В некоторых случаях экономия достигает уровня механической коробки.
3. Низкий уровень шума при исправном агрегате. Вариатор не имеет фиксированных шестерен передач, поэтому он издает меньше шума при движении автомобиля.
4. Исключена пробуксовка ведущих колес. Это повышает безопасность на обледенелых дорогах. С другой стороны, современные автомобили оснащены системами курсовой устойчивости, авто будет уверено стоять на льду, неважно, какая коробка в нем установлена.

Подведем итог

Многие автолюбители боятся подобных трансмиссий. Зная устройство и принцип работы вариатора, можно легко понять автовладельцев, так как вы знаете, почему у него так много противников. Плюс ко всему, подобная коробка имеет достаточно недостатков. Все они носят финансовый характер, то есть, все что связано с ней, несет затраты больше, чем другие типы КПП.

Например, обрыв ремня приведет к капитальному ремонту вариатора. Чаще её нет смысла ремонтировать, слишком дорого. Многие после этого ищут коробки на разборках, где никто не дает гарантию на них.

Вы являетесь счастливым обладателем вариатора? Напишите в комментариях, как вы с ней живете. Всем будет полезно узнать об этом.

Поделиться:

Вариаторы CVT – чтобы ненависть превратилась в любовь

Анатомия авто

Автор Денис Шебеко На чтение 28 мин. Просмотров 6.2k. Опубликовано 21.02.2021

К этим коробкам передач в России очень неоднозначное отношение. Многие их любят, но большинство автомобилистов – ненавидят. Часто, услышав аббревиатуру «CVT», покупатели напрочь отказываются приобретать автомобиль с КПП этого типа, а «знатоки» отзываются о вариаторах с большим скепсисом. Где правда, а где заблуждения? Надо ли настолько сильно бояться CVT? В данной статье мы ответим на эти вопросы подробно и объективно.

Что это такое и как расшифровывается?

CVT – аббревиатура от английского термина Continuously Variable Transmission, который на русский язык переводится, как «бесступенчатая трансмиссия». Ещё одно название таких механизмов – «вариатор». Термин происходит от латинского «variātor», что значит — «изменитель». Эти термины часто соединяют в пару «вариатор CVT» или используют по-отдельности, что сути никак не меняет. В водительском сообществе эти коробки передач получили симпатичное прозвище «варик».

Вариатор CVT – тип автомобильных автоматических коробок передач, в которых передаточные числа меняются бесступенчато в определённом диапазоне. Такие КПП используются не только в автомобилях, но и на мотоциклах, мопедах, скутерах, снегоходах и в некоторых других лёгких транспортных средствах.

В контексте рассматриваемой темы мы коснёмся сугубо автомобильной области применения вариаторов.

Как это работает?

Проделаем простейший опыт. Для этого нам потребуются: бухгалтерская резинка или небольшое резиновое кольцо, один тонкий фломастер, два фломастера среднего диаметра, и ещё один – толстый. Снимем с фломастеров колпачки. Левая рука будет играть роль двигателя, а правая – дифференциала и трансмиссии. Возьмём в левую руку тонкий фломастер, а в правую – толстый, и легонько растянем ими резинку. Пальцами левой руки начнём вращать тонкий фломастер. Резинка натянется и станет перематываться между фломастерами, заставляя вращаться толстый фломастер в правой руке. Легко заметить, что, повернув тонкий фломастер на два оборота – толстый совершит лишь один. Таким образом мы с Вами смоделировали низшую (аналогичную 1-й у МКПП) передачу CVT.

Проделаем то же самое с двумя фломастерами одинакового диаметра. Количество оборотов фломастера в левой руке будет точно таким же, как у фломастера в правой. Это наглядная модель средней передачи CVT (аналогичной 3-4-й у МКПП).

Теперь «двигателем» у нас будет толстый фломастер, а «дифференциалом с трансмиссией» – тонкий. Сделав один оборот толстым, заметим, что тонкий сделал их – два. То же самое происходит в вариаторе на высшей передаче (аналогично 6-й у МКПП).

Включите воображение, и представьте, что каким-то волшебным образом два фломастера могут сами менять свой диаметр, причём – пропорционально: насколько увеличивается первый, настолько же уменьшается второй, и наоборот. Созданный Вашим подсознанием «фильм» станет хорошей моделью принципа действия бесступенчатого редуктора, а иными словами — автомобильного «варика».

Как устроен и из чего состоит автомобильный вариатор CVT

Здесь тоже нет ничего сложного. Если за «точку отсчёта» взять двигатель, то CVT представляет собой собранные в одном модуле (узле, коробке передач) пять систем: муфта сцепления + бесступенчатый редуктор (он же – вариатор) + муфта включения заднего хода + система автоматического управления предыдущими системами + дифференциал. Несмотря на то, что «царём» в этой коробке передач является бесступенчатый редуктор, всеми процессами «рулит» система автоматического управления.

Зачем вариатору муфта сцепления?

Без муфты сцепления здесь – никак! Если её не будет, то, остановившись на светофоре, двигатель автомобиля заглохнет, как это бывает у начинающих курсантов автошкол, забывающих нажать левую педаль сцепления перед остановкой. У CVT муфта сцепления является ещё и «нейтралью», так как «фломастеры» в бесступенчатом редукторе находятся в зацеплении с «резинкой» постоянно, и «расцепиться» или вхолостую скользить друг по другу они не могут.

Муфты сцепления у автомобильных вариаторов бывают трёх типов: фрикционные, гидравлические (или гидромуфты) и гидротрансформаторы.

Фрикционные муфты сцепления «вариков» – многодисковые. Однодисковые, как на «роботах» – крайне редкое решение, применяемое в основном на миниатюрных японских «кей-карах» для внутреннего рынка и на мототехнике. Многодисковые муфты обычно имеют более двух пар ведущих и ведомых фрикционных дисков, своим видом отдалённо напоминающих оные у механических КПП или у фрикционов тракторов и танков.

Современная тенденция – применение муфт с так называемым последовательным смыканием и размыканием фрикционных дисков. Работает это так: в момент размыкания выходит из зацепления сначала первая, затем вторая, потом третья, и т.д. пара дисков. При смыкании, всё наоборот, соответственно. Это позволяет сцеплению работать быстро, даже молниеносно, но при этом — плавно, комфортно, без толчков и вибраций, незаметно для водителя и пассажиров. Технология заимствована, кстати, у гоночных автомобилей.

Управление смыканием/размыканием фрикционной муфты осуществляется аналогично «роботам» – сервоприводом или гидравликой. Конструкция привода относительно проста и незатейлива, а главное для нас, как для пользователей – все эти конструкции отработаны двумя десятками лет множеством автопроизводителей, поэтому хорошо известны и не доставляют «сюрпризов».

Выгоды и преимуществ фрикционных муфт в CVT

• Стопроцентная ремонтопригодность;
• Относительно простая, надёжная, легко диагностируемая и ремонтопригодная система управления муфтой;
• Устойчивость к ударным нагрузкам – при трансмиссионном ударе диски просто провернутся, проскользнут, без повреждений и поломок;
• Небольшая масса и компактные размеры. Вариаторы с фрикционными муфтами весят не больше «роботов» и сравнимы с ними по размерам, а значит легко размещаются в подкапотных пространствах небольших автомобилей, обеспечивая удобство для обслуживания и ремонта;
• Минимальная инерция и полное отсутствие насосных потерь. Это оценят водители со спортивным стилем управления автомобилем, и любители сэкономить – ведь снижается и расход топлива;
• Отсутствие необходимости во внешней или автономной системе охлаждения муфты. Тем более, что при использовании фрикционных муфт «мокрого» типа (диски работают в «масляной ванне») обеспечивается приемлемый теплоотвод даже в экстремальных условиях (пробки и бездорожье);
• Небольшой объём масла CVT – ведь оно нужно только для смазки бесступенчатого вариатора.

Недостатки фрикционных муфт CVT

• Склонность к перегреву при длительном движении в пробках или использования приёма «враскачку» на бездорожье. Недостаток компенсируется применением муфт «мокрого» типа, однако в особо экстремальных пробках с многочасовой «толкотнёй» это может «не спасти»;
• В случае некорректной работы или проблем с системой управления муфтой, фрикционные диски могут «поджариться» или «сгореть»;
• При критическом износе фрикционных дисков или проблемах в работе системы управления муфтой, при нормальном движении автомобиля возможны толчки, вибрации и прочие дискомфортные ощущения.

Гидравлические муфты имеют столь же массовое применение на вариаторных КПП, как и муфты фрикционные. Это объясняется несколькими неоспоримыми преимуществами их конструкции. Однако ряд «врождённых» недостатков сужает область их применения. Однозначно ответить «что лучше, а что – хуже» – невозможно! Всё слишком сильно зависит от того, какие потребности есть у покупателя и какими свойствами обязан обладать автомобиль, в каких дорожных условиях, климате и стране он будет эксплуатироваться, и др. Поэтому просто перечислим плюсы и минусы гидромуфт.

Уместно отметить частое применение комбинированных гидромуфт, имеющих дополнительную фрикционную муфту, задача которой – рассоединить двигатель с трансмиссией. В этом случае фрикционная муфта работает при положениях селектора управления CVT «P» («паркинг») и «N» («нейтраль»), а гидравлическая муфта работает во всех остальных режимах движения.

Выгоды и преимущества гидравлических муфт CVT (их всего два, но они – мощные)

• Комфорт – их главное преимущество! Старт автомобиля с места и общее его поведение в движении почти всегда происходит плавно и мягко;
• Сглаживание трансмиссионных вибраций и пульсаций крутящего момента. Косвенно это снижает нагрузки на двигатель, трансмиссию и кузов, увеличивая их надёжность и ресурс.

Недостатки гидромуфт CVT

• Полная неремонтопригодность (!) или крайне ограниченная ремонтопригодность. В случае повреждения или износа, неразборный «бублик» придётся менять целиком в сборе;
• Высокая сложность конструкции «вариков» с гидромуфтой, усложнение системы автоматического управления из-за увеличения количества каналов, клапанов, и прочих вспомогательных подсистем;
• Относительно высокие насосные потери из-за постоянного перемешивания и циркуляции масла. За это приходится платить увеличенным расходом топлива;
• Кратковременная устойчивость к ударным трансмиссионным нагрузкам. Есть риск, что при единовременном экстремальном ударе муфта может получить повреждение лопаток с последующим быстрым выходом из строя всей коробки передач;
• Склонность к перегреву масла CVT при движении в пробках, по бездорожью, в горной местности или при буксировании тяжёлых прицепов;
• Необходимость наличия системы внешнего охлаждения и очистки масла CVT;
• Больший (в несколько раз!), чем у фрикционных муфт, объём сменяемого масла при ТО и повышенные требования к соблюдению технического регламента. Отработавшее свой срок и загрязнённое масло может быстро привести в негодность гидроблок системы автоматического управления и/или «прикончить» остальные узлы и системы;
• Повышенные требования к качеству масла и его свойствам. Если масло не соответствует допуску производителя, оно «старое» или поддельное – большие проблемы начнутся быстро и неожиданно;
• Большая масса и размеры «вариков» с гидромуфтой, приближающиеся к гидромеханическим АКПП. Вариаторы с фрикционными муфтами обычно в 1.2-1.5 раз легче и меньше, чем CVT с гидравлическими муфтами. За большую массу приходится расплачиваться увеличенным расходом топлива.

Вариаторы, у которых вместо муфт сцепления установлен гидротрансформатор (ГТ), аналогичный гидромеханическим АКПП – экзотика. Однако в последнее время такие чудовищные по своей сложности агрегаты иногда появляются на дорогих кроссоверах и седанах. Среди общего количества автомобилей с CVT, таких – менее 10%, однако о них много пишут и много говорят, поэтому рассмотрим и эту конструкцию. Для экономии места и Вашего внимания, нужно будет прибавить перечисленное ниже к преимуществам и недостаткам вариаторов с гидромуфтой.

Выгоды и преимущества гидротрансформаторов CVT

• Компактные размеры бесступенчатого редуктора, т.к. к его передаточным числам добавляется диапазон ГТ;
• Возможность управления передаточными числами в широких пределах и более точно;
• Ещё более высокий комфорт;
• Теоретически — повышенная устойчивость к ударным нагрузкам от трансмиссии.

Недостатки гидротрансформаторов CVT

• Чудовищная сложность системы автоматического управления;
• Увеличенная масса CVT с ГТ, часто превышающая массу аналогичных по классу АКПП;
• Огромный объём сменяемого масла;
• Особое масло, совмещающее свойства масел для вариаторов и жидкостей ATF;
• Высокая цена «особого» масла;
• Повышенные требования к качеству и свежести масла;
• Строгость соблюдения периодичности смены масла и обслуживания;
• Необходимость наличия мощной системы охлаждения и очистки масла;
• В случае поломки – очень сложный и дорогой ремонт, а чаще — его невозможность.

Редкость использования CVT с ГТ во многом объясняется тем, что теряется сам смысл применения такого вариатора. Гидромеханические АКПП по сравнению со столь сложной бесступенчатой КП более рациональны и выгодны не только по конструктивно-компоновочным соображениям, но и по финансовым.

Всё — просто! … или как устроены бесступенчатые редукторы и какими они бывают

• Две пары конических шкивов;
• Передаточный ремень.

Вспомните опыт с фломастерами и резинкой. Пары конических шкивов здесь играют роль «волшебных» фломастеров, меняющих свой диаметр, а роль резинки играет ремень.

Пару конических шкивов легко представить так: возьмите два чайных блюдца, мысленно просверлите их в центре донышек, оденьте оба блюдца на подходящий карандаш донышками друг к другу. Карандаш будет являться осью пар шкивов. Проделайте то же самое со второй парой блюдец. Теперь представьте, что на одной оси (карандаше) пара блюдец сдвигается друг к другу, а на другой – пропорционально раздвигается. Расстояния между осями-карандашами – неизменное.

Если мысленно поместить в зазор между блюдцами резиновое кольцо, слегка растянуть его, начать вращать пары блюдец, то мы увидим, что, сдвигая блюдца одной пары – резиновое кольцо начнёт перебегать на больший диаметр, а у второй пары – на меньший, раздвигая их. Соответственно увеличится скорость вращения второй пары. Если блюдца первой, ведущей пары, начать раздвигать, то кольцо переместится на меньший диаметр, блюдца ведомой пары сдвинутся и кольцо перейдёт на больший диаметр, а скорость вращения уменьшится.

Вот так и работает бесступенчатый редуктор.

У автомобильного «варика» пары шкивов имеют строго коническую форму. Шкивы изготовлены из высокопрочной стали особой марки. Фрикционная поверхность, которой касается ремень, имеет повышенную твёрдость и при изготовлении обычно подвергается поверхностной закалке током высокой частоты (ТВЧ).

Ремни у бесступенчатого вариатора, разумеется – никакие не кожаные, не резиновые и даже не пластмассовые или пластиковые, а только металлические, причём – из особой стали, наборные.

• Клиновые;
• Штифтовые (альтернативные названия: цепные или просто – цепи).

Клиновые ремни – наиболее распространены. Штифтовые – из-за ряда «врождённых» недостатков стремительно «вымирают».

Клиновые ремни состоят из двух каркасных направляющих стальных лент и нескольких сотен стальных рабочих пластинок (рабочих элементов), по своей форме напоминающих клин.

Направляющие каркасные ленты изготовлены из пружинной стали и имеют многослойную конструкцию (для большей прочности). Задача лент – сохранять постоянный диаметр ремня и удерживать рабочие пластинки вместе в одном замкнутом «пакете». Лентам необходимо иметь высокую гибкость, минимальную массу, но при этом максимальную прочность на разрыв.

Клиновые пластинки изготавливают из высокопрочной закалённой стали. Их боковые стороны, которые касаются поверхности конусов шкивов являются рабочими. Благодаря трению, цепляясь рабочей поверхностью за конус шкива, пластинка передаёт усилие находящейся перед ней, та – предыдущей, а предыдущая – той, что перед ней. И так – по кругу «по цепочке». Поэтому клиновой ремень является – толкающим.

Штифтовые ремни отдалённо напоминают велосипедную цепь. Вариаторные цепи тоже состоят из штифтов, являющихся осями звеньев, и нескольких пластинок, которыми штифты соединены друг с другом в замкнутую конструкцию. В отличие от клинового ремня, у цепи усилие передаётся за счёт трения торцев штифтов о поверхности конусов шкивов. То есть, рабочая поверхность штифтов – их торцы. Войдя в контакт с поверхностью конуса, штифт тянет своими пластинками следующий, этот следующий – тот, который за ним, и так далее, опять-таки – как у цепи велосипедной. Поэтому штифтовой ремень является – тянущим.

Считается, что цепные ремни способны работать с большими крутящими моментами, чем клиновые. Но это одно из заблуждений. Действительно, в пятне контакта торца штифта с поверхностью конуса шкива развивается большее давление и трение. Общая суммарная площадь пятен контакта штифтов, находящихся в зацеплении – в десятки раз меньше, чем таковая у клинового ремня. Однако за это приходится платить во много раз большими потерями на трение (снижение КПД), быстрым износом торцев штифтов и рабочих поверхностей шкивов, увеличенным риском повреждения фрикционных поверхностей при ударных нагрузках (задиры и борозды) и повышенными тепловыми нагрузками.

По сумме преимуществ и недостатков применение клиновых ремней оказывается более выгодным и технически оправданным, чем штифтовых цепей. Поэтому штифтовые ремни стремительно «вымирают».

• Большая масса, что ухудшает разгонную динамику и увеличивает расход топлива;
• Большие потери на трение между элементами цепи;
• Склонность к самозаклиниванию (при трансмиссионном ударе толкающий клиновой ремень уходит на больший диаметр шкивов, тянущий штифтовой ремень – на меньший);
• Неизбежные микровибрации при перемещении звеньев;
• Ускоренное «старение» масла и преждевременное истощение его свойств;
• Необходимость более частой смены масла и тщательного обслуживания цепного CVT;
• Меньший ресурс и «ходимость» цепи относительно клинового ремня.

ЗХ, САУ и Дифф – не просто буквы и вспомогательные системы

Муфта включения заднего хода (ЗХ), ещё называемая «реверс-редуктором», у CVT в большинстве случаев представляет собой простой по конструкции планетарный редуктор с одной – двумя парами фрикционов. Устанавливается муфта ЗХ между бесступенчатым редуктором и дифференциалом.

В виду простой планетарной конструкции и несложного привода, процесс включения/выключения заднего хода на автомобилях с вариаторами обладает одним преимуществом по сравнению с другими КПП, в том числе и механическими. Это преимущество – в скорости переключений, изменении направления движения автомобиля на обратное, и почти такой же набор передаточных чисел для движения — как вперёд, так и назад. В самом деле – чтобы включить ЗХ, гидравлике системы управления нужно лишь зажать фрикционы его муфты, что она делает практически мгновенно. Это свойство полезно при движении автомобиля по глубокой грязи или снегу, когда требуется воспользоваться приёмом «враскачку».

Развенчиваем миф о том, что мол «приём «враскачку» для вариаторов вреден». Всё совершенно не так! Как раз на муфту сцепления и бесступенчатый редуктор многократные переключения «вперёд – назад – вперёд – назад — …» никакого отрицательного влияния не оказывают, так как в этом процессе они не участвуют, а всю нагрузку берут на себя фрикционы муфты ЗХ, имеющие, как правило, большой запас по прочности и износу.

Разумеется, что «сдуру можно сломать всё, что угодно»! И, если во время «раскачки» бездумно жать на педаль газа, заставляя автомобиль буксовать и зарываться всё глубже, испытывать сильные трансмиссионные удары, то можно «сжечь» фрикционы муфты ЗХ за одну, в общем то несложную «бездорожную коллизию», как и «поджарить» все элементы CVT. И в этом несчастье никакой вины ни одного элемента вариатора, как и вины его недостатков – не будет.

Системы автоматического управления муфтами вариатора и его бесступенчатым редуктором по своему принципу действия обычно не отличаются от таковых на гидромеханических АКПП и состоят из почти тех же элементов. Небольшое отличие лишь в том, что у «автоматов» исполнительная гидравлика зажимает/отпускает ленточные тормоза и/или фрикционы рядов планетарной КПП, а у вариаторов – пропорционально меняет давление в управляющих гидроцилиндрах ведущей и ведомой пар конических шкивов, сдвигая одну и раздвигая другую. Разумеется, системы автоматического управления CVT могут отличаться по конструкции в зависимости от типа муфт сцепления и/или ЗХ.

Ахиллесова пята любой автоматической системы управления – гидроблок с электрогидравлическими клапанами. Если масло CVT свежее и чистое, то всё работает – идеально. Но если масло «старое», загрязнённое продуктами износа и потерявшее свои свойства – на стенках масляных каналов неизбежно накапливаются вредные отложения, мусорная «пудра» забивает каналы и выводит из строя гидроклапаны, а при наличии гидромуфты (тем более – гидротрансформатора) всё это скапливается внутри неразборных «бубликов», приводя в некоторых случаях к дисбалансу и преждевременному износу подшипников.

В принципе – всё это актуально не только для САУ вариаторов, но и для любых систем подобного типа самого широкого спектра автоматических коробок передач автомобилей «с двумя педалями».

Дифференциал в едином блоке с главной передачей (ГП) и местами присоединения приводных валов у вариаторов — точно такие же, как у «механики», «автоматов» и «роботов». Отличия могут быть лишь в специфике конкретного автомобиля, никак не связанной с типом и видом его КПП.

Общие преимущества и недостатки CVT

Этой статьёй мы не ставили себе задачу поставить двоеточие в легендарной дилемме «казнить нельзя помиловать» по отношению к вариаторам! Мы считаем, что CVT – такая же заслуживающая Вашего внимания автоматическая коробка передач, как классический «гидроавтомат» и любая другая из совершенных. В заключительной части статьи Вы об этом узнаете. Но следуя принципам справедливости, мы обязаны перечислить вариаторные «Pro et Contra», чтобы «расставить все точки над i», и Вы могли принять взвешенное, осмысленное, а значит – правильное решение о покупке того или иного автомобиля, с АКПП или «вариком».

Общие Плюсы CVT

• Теоретически: более высокий КПД по сравнению с гидромеханическими «автоматами», т.к. двигатель при наличии вариатора всегда работает в наиболее эффективном режиме при рациональном передаточном числе трансмиссии;
• Теоретически: лучшая среди всех КПП динамика, т.к. двигатель при разгоне всегда работает в зоне оборотов максимума развиваемого крутящего момента (вспомните слова великого Энцо Феррари: — «лошадиные силы продают автомобиль, а выигрывают гонки – ньютоны-на-метр»);
• Комфорт! Это – бесспорно! … но (как мы выясним в «минусах») — относительно. Действительно – у CVT априори отсутствуют толчки, вибрации и «разрыв потока мощности», из-за чего все процессы изменения скорости движения происходят плавно и незаметно;
• Мгновенное изменение направления движения на противоположное (эффективно во время использования приёма «враскачку» при движении по «среднему» бездорожью);
• Почти одинаковый набор передаточных чисел для езды вперёд и назад. Правда, мы конечно понимаем, что езда задним ходом на больших скоростях – удел каскадёров, а не обычных водителей, но … А вдруг, для какого-то читателя это будет важным? Значит «чернила» нами будут использованы не зря!

Все остальные плюсы – такие же, как у любой другой автоматической коробки передач.

• В реальности: КПД у вариаторов — не выше или сравнимый с гидромеханическими АКПП. Причина в неизбежно увеличенных потерях на трение и тем более – насосных потерях при наличии гидромуфты или ГТ. Причём: если у абсолютно нового «варика» КПД действительно может быть выше, чем у гидромеханических «автоматов», то через небольшой промежуток времени, по мере исчерпания ресурса, его КПД начинает снижаться и проигрывать «автоматам» из-за последствий естественного износа рабочих поверхностей, как и неизбежного рассогласования передаточных чисел и характеристик двигателя;
• В реальности: динамика автомобилей с CVT хуже, чем у «автоматов» из-за повышенного трения между пластинками ремня и конусами шкивов в момент разгона, а также из-за неизбежного «запаздывания». Ведь ремень не может мгновенно переместиться на другой диаметр шкивов и изменить передаточное число – для этого ему нужно время, которое даже у самых быстродействующих вариаторов составляет около 0.5-1.5 секунды. Современные гидромеханические АКПП этого недостатка лишены, так как способны переключаться за 0.1-0.3 секунды;
• Звуковой дискомфорт – когда при разгоне автомобиля с вариатором его двигатель «воет на одной ноте». Частично этот недостаток решается дополнительной шумо- и звукоизоляцией салона, однако полностью избавиться от неприятных «визжащих» звуков мотора – не удаётся;
• CVT – не для бездорожья! Трансмиссионные удары, неизбежно появляющиеся при езде по пересечённой местности, способны «прикончить» вариатор за пару десятков тысяч километров пробега;
• Внедорожные проблемы «вариков» усугубляются тем, что вариаторы априори «держат» двигатель на оборотах максимального крутящего момента, а при езде по грязи, скользкой или зыбкой поверхности, это грозит резкой пробуксовкой ведущих колёс и/или частыми «зарываниями». В какой-то мере этот недостаток компенсируется наличием систем подрулевых лепестков (для принудительного «ухода на одну-две передачи вверх») или «зимним режимом» вариатора (обычно включается кнопкой с символом «снежинка»), но пользование этими функциями требует от водителя соответствующего опыта, знаний и навыков вождения;
• CVT – не для ровных шоссейных трасс и круиз-контроля! При длительном равномерном движении на одном передаточном числе пластинки ремня вариатора постепенно «прогрызают» на поверхности шкивов плавные «канавы». Геометрия конусности нарушается. Это приводит к некорректной работе и лавинообразному увеличению износа поверхностей трения ремня и шкивов.
• «Эффект старения» — постепенное и неизбежное ухудшение работы вариатороной КПП, прямо пропорциональное степени износа его ремня и шкивов. Износ рабочих поверхностей пластинок приводит к изменению их ширины, а значит и профиля всего ремня. Износ рабочих поверхностей шкивов приводит к изменению их конусности. Таким образом, при одинаковых режимах работы двигателя, передаточные числа у нового вариатора и изношенного – будут отличаться. Опасность этого процесса в том, что он совершенно незаметен для водителя из-за растянутости во времени. Ощутить его можно только при сравнении двух одинаково «здоровых» автомобилей: нового, и с пробегом 100-150 000 км. Частично этот неприятный эффект компенсируется введением в ПО системы автоматического управления компенсационных поправок, однако полностью избавиться от его негативного влияния — невозможно. Гидромеханические «автоматы» априори лишены этого недостатка;
• Неремонтопригодность или ограниченная ремонтопригодность. Конструкция любого вариатора такова, что для его ремонта требуется большое количество специфического оборудования и высокой квалификации персонала СТО. Это могут себе позволить только специализирующиеся на ремонте вариаторов мастерские. В каталогах автопроизводителей, в подавляющем большинстве случаев, запасные части для ремонта CVT – отсутствуют. Такие запасные части доступны исключительно специализированным сервисным сетям и поставляются компаниями, не связанными напрямую с дилерскими сетями автомобильных марок;
• Необходимость наличия у вариаторов мощной системы охлаждения и фильтрования масла CVT. Как правило, бесступенчатые КПП, вне зависимости от марки, модели и производителя, не имеющие подобной системы – «долго не живут» и требуют ремонта уже к 50-70 000 км пробега.

Есть ещё насколько «моментов», по отношению к CVT, на которых хотелось бы заострить Ваше внимание:

Самое «тонкое место» вариаторов, источник потерь и потенциальных проблем — трение между пластинками клинового ремня (торцами штифтов цепи) и поверхностью конусов шкивов. Их свойства должны удовлетворять несовместимым требованиям – рабочая поверхность пластинки обязана иметь максимальный коэффициент трения с рабочей поверхностью шкива, но при этом он должен быть минимальным в вертикальном направлении для возможности скольжения и перемещения ремня на больший или меньший диаметры с целью изменить передаточное число. Это предъявляет повышенные требования к термообработке рабочих поверхностей пластин и шкива.

Если их закалить для получения максимальной твёрдости и минимального износа – пластины будут скользить по его поверхности, как по льду. Вариатор не сможет работать. Если пластики и шкив сделать «мягкими», то ремень будет «закусывать», возрастёт износ, нарушится геометрия поверхностей трения, увеличится температура в пятне контакта, и другие неприятности. Поэтому материалы, термообработка и твёрдость трущихся поверхностей CVT – всегда компромисс.

Повышенные требования к качеству каждого, даже мельчайшего элемента бесступенчатого редуктора – ещё одно «слабое звено» вариаторов. Если из нескольких сотен пластинок ремня, одна окажется «сырой» или бракованной – она сразу же становится очагом повышенного износа, который вскоре «прикончит» все остальные «здоровые» детали.

Ещё один источник фрикционных потерь в CVT – внутреннее трение между элементами ремня. Эти потери почему-то мало кто учитывает, но они есть, и – немалые. У штифтового ремня эти потери больше, чем у клинового, но и он, из-за огромного количества пластинок, особой «бережливостью» не отличается. Причём, трение здесь – везде. А неотвратимыми следствиями трения всегда являются – износ, нагрев, появление «металлической пудры» и продуктов окисления в масле.

Масло для «вариков» нужно особое, высококачественное, а значит – дорогое. Как мы выяснили, вариаторной жидкости приходится одновременно обеспечивать противоречивые требования по трению пластинок и шкивов, при этом одновременно быть и «трансмиссионкой», и «гидравлическим» и «трансформаторным» маслом. Поэтому масла для CVT имеют мало общего с жидкостями ATF или маслами для DSG, а их свойства – ещё один рациональный компромисс.

Попутно развенчаем ещё один миф, что мол «масла для вариаторов – двухфазные». Как известно, любое вещество на планете Земля может быть в четырёх состояниях (фазах): твёрдом, жидком, газообразном, и в виде плазмы. Авторы мифа о «двухфазности» масла CVT, вероятно считают, что в точке контакта рабочих поверхностей пластинки и шкива происходит некий локальный разогрев, и масло испаряется, в результате чего обеспечивается заданный коэффициент трения. Но если б такое происходило в реальности, вариатор не смог бы «прожить» в добром здравии и тысячи километров. Ещё раньше – его масло утратило бы все свои свойства. Ведь во время испытаний на «кипячение», даже лучшие синтетические моторные масла приходят в негодность через пару часов таких «пыток». Миф о «двухфазности» — красивый, но не имеющий ничего общего с происходящим на самом деле.

Ещё один миф – о якобы дешевизне производства вариаторов. Мол – вариаторы имеют меньшую себестоимость, чем гидромеханические «автоматы», поэтому их любят автопроизводители. Заблуждение в том, что «варики» как раз — отнюдь не дёшевы в разработке и производстве. Яркое доказательство этому – если рядом положить и полностью разобрать «до винтика» гидромеханическую АКПП и CVT, то после раскладки всех деталей, будет видно, что у «автомата» их подавляющее число — «монолитные» и «крупные», а их количество относительно невелико, по сравнению с вариатором, у которого один только ремень состоит из двух каркасных лент и нескольких сотен (!) маленьких прецизионных пластинок. Подобная сложность – сама по себе снимает вопрос о вымышленной «незатейливости» производства CVT. Другое дело, что несколько компаний, благодаря узкой специализации, опыту и ноу-хау, всё-таки смогли наладить крупносерийное производство разнообразных вариаторов весьма высокого качества.

Слово «несколько» употреблено здесь не зря. Производством вариаторов в мире занимаются всего четыре компании (производителей «автоматов» намного больше), перечислить которые не составит труда: Aisin AW (Япония), Jatco (Япония), Punch Powertrain (Нидерланды и КНР) и Subaru (Япония).

У читателя может сложиться неверное мнение, что мы, «в пух и прах» раскритиковав вариаторы и перечислив их недостатки, наводим его на мысль об отказе от покупки автомобилей с CVT, так как эти КПП ненадёжны и доставляют много проблем. Это – не так! У вариаторов есть много преимуществ по сравнению с другими КПП. Количество их приверженцев немногим уступает числу любителей «автоматов» иных конструкций. Вариаторы – просто они ДРУГИЕ, чем гидромеханические АКПП, и имеют такое же право на жизнь и Ваш выбор. А для того, чтобы «варики» служили долго и надёжно, достаточно знать некоторые особенности их эксплуатации.

Что делать, чтобы CVT жил «вечно»

• Менять масло в вариаторе через 20-30 000 км (но не реже и не дольше) или 1 раз в 2 года. Про сообщения сотрудников официальных дилеров и указания в руководствах по эксплуатации о якобы «вечном» масле, «не требующем замены в течение всего срока службы автомобиля» – забыть!
• Масло (жидкость CVT) применять только с соответствующим допуском производителя транспортного средства. Не слушайте никаких «добрых советов»! Применять жидкость только ту, в стопроцентной подлинности которой Вы уверены — стопроцентно! Если будет использовано поддельное масло, или не имеющее допуск производителя автомобиля – «варик» вскоре потребует дорогого ремонта.
• Жидкость CVT следует покупать только у официальных дилеров или в «проверенных» автомагазинах, болеющих за свою высокую репутацию.
• При смене жидкости обязательно менять её фильтр (если таковой предусмотрен конструкцией вариатора).
• Не реже 1 раза в год подвергать внешней очистке радиаторы охлаждения вариатора. Не допускать засорения радиаторных сот дорожным мусором, насекомыми и пылью.
• Через каждые 50-70 000 км пробега промывайте радиаторы изнутри, лучше – демонтировав его/их с автомобиля.
• Если радиатор охлаждения и/или фильтр очистки масла у вариатора Вашего автомобиля отсутствуют – установите их! В России есть несколько компаний, которые занимаются производством и установкой систем охлаждения и фильтрования масла CVT. Их легко отыскать в Интернете. Будет достаточно назвать марку и модель Вашего «железного друга», его двигатель и год выпуска, и сотрудник компании тут же подберёт необходимый комплект элементов сверхполезной для здоровья вариатора системы.
• В дальних поездках по ровным шоссе – избегайте длительной езды с включённым на одной скорости круиз-контролем, изменяйте скорость (плюс/минус 5-10 км/ч) каждые 10-15 минут движения. Большинство современных систем криз-контроля оснащены плавной регулировкой скорости. При наличии такой системы на Вашем автомобиле, слегка изменять скорость – легко и удобно.
• Насколько возможно – не ездите по пересечённой местности, по камням, корням и др. А если вдруг так получилось – соблюдайте максимальную осторожность. Минимизируйте возможность получения трансмиссией Вашего автомобиля ударных нагрузок.
• При вынужденной езде по бездорожью, если Ваш автомобиль оснащён подрулевыми клавишами-«лепестками» для принудительного изменения передаточных чисел трансмиссии — «повышайте передачу», чтобы к ведущим колёсам не поступал слишком высокий крутящий момент, и он не «зарылся» и не увяз. Если присутствует «зимний» режим работы вариатора (кнопка с символом «снежинки», находящаяся радом с селектором КПП) – включите его при езде по грязи и скользкому дорожному покрытию.
• Автомобиль, оснащённый CVT – не тягач! Забудьте о длительном (более 100 километров) буксировании прицепов с катером, снегоходом, гидроциклом или другим грузом массой более 200 кг. В виде исключения – можно отбуксировать другой автомобиль (например – с «умершим» мотором или разбитый, но способный «катиться») на СТОА. Но делать это следует с соблюдением максимальной осторожности, с минимальными нагрузками на трансмиссию и мотор Вашего «железного друга».
• На бездорожье – не вздумайте вытаскивать другой автомобиль, застрявший в грязи! Пары десятков рывков будет достаточно, чтобы вариатор «умер». После этого спасать придётся уже вас двоих.
• Если вдруг с оснащённым CVT автомобилем произойдёт неприятность, и его придётся буксировать, то следует соблюдать то же правило, что и при наличии АКПП — принцип «три – пятьдесят», то есть: со скоростью не более 50 км/ч, на расстояние до остановки не более 50 км, после чего около 50 минут дать коробке передач «остыть». А лучше всего – перевезти машину на эвакуаторе.
• Рекомендация: если есть возможность и финансовые средства на мероприятие по установке дополнительной шумо- и виброизоляции салона – сделайте это! Пусть «поющий на высокой ноте» двигатель не раздражает Вас и пассажиров Вашего автомобиля.
• Зимой, особенно при сильных морозах, перед тем, как отправиться в путь – прогрейте автомобиль с CVT хотя бы в течение 5 минут. Во время прогрева – не «газуйте»: это никак не ускорит процесс, но может доставить неприятности насосу «варика» и муфте сцепления. Начинайте движение плавно, без резких ускорений и сбросов газа. Если вариатор оснащён функцией «зимний режим» – обязательно нажмите кнопку со «снежинкой», когда температура воздуха опускается ниже 0°С. Этот режим защитит трансмиссию от перегрузок и будет обеспечивать безопасное движение в зимних условиях.

«Предупреждён – значит вооружён» – гласит старинная английская пословица. К отношению автолюбителей в адрес вариаторов она имеет самое прямое отношение, как и к смыслу нашей статьи. Теперь рассуждать о «вариках» Вы сможете спокойно и обдуманно, а решение о покупке того или иного автомобиля будет принято Вами аргументированно и позитивно. Начав эксплуатацию автомобиля с CVT Вы быстро убедитесь, что эта коробка передач ни в чём не уступает классическим «автоматам», доставляя удовольствие от вождения.

А скептикам Вы можете смело ответить словами Максима Горького: — » Доказывать человеку необходимость знания — это все равно что убеждать его в полезности зрения».

Источник https://avtoyoutube.ru/chto-takoe-variator-v-avtomobile.php

Источник https://car-fanatic.ru/variatory-cvt-ot-nenavisti-do-lubvi/

Источник