Вариаторная трансмиссия CVT: коробка передач вариатор

Чем отличается вариатор от коробки автомат?

Главным, чем отличается вариатор от классической АКПП, является отсутствие рывков при наборе скорости. Связано это с тем, что CVT передает крутящий момент во время разгона без ступеней, которые характерны для автомата.

Отличия вариатора от АКПП связаны с тем, что гидромеханическая коробка требует времени для переключения пары работающих шестерен. Из‐за этого динамические показатели набора скорости оказываются хуже. Отсутствие разрыва кинематической связи во время ускорения машины с CVT позволяет бесступенчатой трансмиссии осуществлять более быстрый разгон.

Двигатель в случае, если машина с вариатором, работает в более щадящем режиме. Обусловлено это ровным поддержанием оборотов коленчатого вала, так как разгон авто происходит преимущественно благодаря смене передаточного числа трансмиссии. В результате водители, пересевшие с автоматов и механики, первое время плохо чувствуют скорость автомобиля.

Плюсы и минусы коробки вариатора

К достоинствам, которыми обладают автомобили с вариаторами, относятся следующие:

• низкий расход топлива — бесступенчатая трансмиссия имеет более высокий КПД;
• плавная езда, не сопровождающаяся рывками, которые возникают в АКПП при смене передаточного числа;
• щадящий режим работы двигателя.

Несмотря на все преимущества вариатора, его конструкция не лишена недостатков. Из‐за этого бесступенчатая трансмиссия так и не заняла лидирующую позицию в автоиндустрии. Недостатки вариатора таковы:

• сложный ремонт, за который не берутся во многих автосервисах;
• ограниченность ресурса ремня, стоимость которого достаточно высока;
• сложная электроника и высокая чувствительность к ошибкам блока управления;
• высокая стоимость масла.

Плюсы и минусы вариаторной коробки позволяют им оставаться востребованными в узком кругу автолюбителей. Как правило, езда с бесступенчатой трансмиссией редко бывает динамичной. Вариатор не любит резких стартов со светофора и пробуксовок.

Плюсы и минусы автоматической коробки передач

Автоматическая КПП обладает следующими преимуществами на фоне бесступенчатой трансмиссии:

• высокая надежность;
• меньшая стоимость ремонта по сравнению с вариатором;
• простота ремонта.

Недостатки АКПП таковы:

• переключение скоростей ведет к рывкам;
• скорость набирается медленнее;
• КПД ниже, что ведет к повышенному расходу топлива.

Однозначно сказать, какая из трансмиссий лучше, невозможно. Все зависит от предпочтений конкретного автомобилиста. Если для водителя более важными моментами являются плавность хода и оптимальный расход топлива, то выбор стоит делать в пользу вариатора. Если же ключевыми критериями являются долговечность и более высокая ремонтопригодность трансмиссии, то необходимо выбирать АКПП.

Секреты тороидного вариатора

Конструктивно данный тип коробки исключает применение ремня или цепи, здесь момент передается роликом, который находится между двумя сферическими поверхностями. Одна из них ведущая, а вторая – ведомая. Силы трения выступают основой системы.

Скорость ведомого колеса зависит от угла поворота ролика. В случае, когда ролик стоит горизонтально, оба колеса вращаются с одинаковой скоростью. При повороте ролика происходит изменение передаточного числа.

Концерн Nissan комплектует свои Cedric бесступенчатой трансмиссией Extroid. В системе задействованы гидравлика и электронное управление. Для изготовления деталей этой муфты применяются дорогостоящие материалы и технологии, но инженеры надеются добиться снижения себестоимости продукта.

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.

Принцип работы CVT

Как говорилось выше, в вариаторной коробке физически отсутствуют фиксированные передачи, но есть виртуальные, созданные на программном уровне. Они нужны для ручного управления, например, когда нужна максимальная тяга автомобиля и не важна скорость (движение по заснеженному участку дороги).

В основе наиболее распространенного клиноременного CVT (устанавливается на 95% современных автомобилей) могут быть заложены одна или две ременные передачи. Передачу образуют два шкива (ведущий и ведомый), соединенные между собой клиновидным ремнем. Такая конструкция получила соответствующее название – клиноременной вариатор. Еще есть клиноцепная бесступенчатая коробка, в которой вместо ремня задействована стальная цепь. Самый известный вариатор с цепью – Multitronic, разработанный инженерами компании Audi.

Видео

Передаточное число поступает от ведущего шкива, связанного непосредственно с мотором, к ведомому шкиву, который получил связь с приводами и колесами. Каждый шкив состоит из пары конических дисков, которые в процессе работы коробки сдвигаются и раздвигаются. За счет увеличения или уменьшения диаметров шкивов происходит изменение числа. На практике работа вариатора выглядит так:

В начале движения конусы ведущего шкива разводятся, а конусы ведомого сводятся, а двигатель нагружается по минимуму;
С увеличением скорости происходит обратная ситуация: конусы ведущего вала постепенно сходятся, а ведомого – расходятся

В результате передаточное число меняется в меньшую сторону, что важно для снижения тягового усилия и увеличения оборотов на ведомом валу. Смещение шкивов происходит за счет пружины и центробежной силы, создаваемой гидравлическим приводом.

Как видим, принцип работы вариатора предельно прост, но крайне эффективен.

Когда появился и чем обусловлено появление вариатора

Данная разработка была запатентована в 18 веке. Активно же применять её стали в 1950-1980-хх годах. Использовали в технике, не обладающей такой мощностью как легковой автомобиль (с электрогенераторами, в бензопилах, снегоходах, станках, швейных машинках). Для ТС потребовалось изобрести совершенно иной механизм бесступенчатой трансмиссии. И со временем инженеры решили эту задачу.

Впервые бесступенчатая трансмиссия была установлена на голландские автомобили DAF, сопоставимые с мототранспортом в 1958 году. Позже, в конце 70-х, патент «по наследству» перешёл к Volvo. Концерн попытался усовершенствовать «скромный» вариатор (пойти по этому пути было проще, чем перестраивать всё производство). Ресурса усовершенствованной модели CVT хватало лишь на 30 тыс. км пробега. Спустя годы концерн отказался использовать вариатор в своих автомобилях.

CVT-автоматическая коробка передач для DAF 55, шасси снято с рамы

В 80-х вариатор использовали на автомобилях Ford (модель Ford Fiesta), Fiat (модель Fiat Uno), Subaru. И лишь Субару удалось победить главный недостаток вариаторов – их недолговечность (концерн использовал вместо эластичного ремня в конструкции CVT, толкающий металлосодержащий). Компания Subaru оснастила многие автомобили трансмиссией CVT собственного производства и до сих пор поставляет свою разработку другим производителям.

В 90-х стали устанавливать вариатор и на автомобили класса С (т.е. среднего класса, до этого устанавливался на недорогих и практичных класса В). И всё благодаря непрекращающимся поискам более совершенной конструкции вариатора.

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.

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

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

Ремонтопригодность и стоимость обслуживания

Кстати, о ремонте. Официальные дилеры такие коробки не
чинят, только меняют в сборе, зато специализированных сервисов, которые смогут
произвести дефектовку с заменой только изношенных элементов, предостаточно. Хотя,
в целом ремонтопригодность вариатора будет напрямую зависеть от его
популярности. Чем больше таких коробок выпущено, тем больше комплектующих и
специалистов, которые смогут грамотно произвести починку.

Легче и дешевле всего приходится владельцам машин с
вариаторами Jatco практически всех поколений и модификаций. Средняя стоимость
капитального ремонта коробки составляет 70 тыс.руб. в зависимости от
масштабности износа компонентов. Куда дешевле коробку заранее обслужить, не
дожидаясь ремонта, например, раз в 30 ткм менять масло, а на 130 ткм установить
новый ремень, чтобы сберечь конусы и не засорять систему стружкой.

Все вариаторы имеют на поддоне магнит, собирающий стружку. По количеству скопившегося материала можно примерно оценить степень износа

Основные неисправности

Устранение проблем

Какие неисправности могут произойти в работе коробки передач:

1. Проблемы с включением передач. Обычно они обусловлены несоблюдением интервала по замене смазочного материала. Надо вовремя менять масло, чтобы не допустить образования в нем продуктов износа. Если жидкость не меняется своевременно, она теряет свои свойства и не может качественно смазывать трущиеся узлы агрегата.
2. В вариаторах часто забиваются гидравлические блоки. Из-за этого маслонасос не в состоянии нагнетать оптимальное для системы давление.
3. Из-за проблем с падением давления валы не в состоянии правильно сжать или разжать ремешок. В результате он начнет пробуксовывать.
4. При буксовке изделия происходит его быстрый износ, что в итоге приводит к обрыву. Если металлический ремень или цепь разлетится по коробке передач, это приведет к поломке других компонентов трансмиссионной системы.
5. На работоспособность ремня влияет качество поверхности валов. Если они задираются, это приводит к быстрому износу цепи.

Канал АКПП Технология ремонта обнародовал ролик, в котором продемонстрирована процедура ремонта коробки CVT.

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.

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.

Чем коробка-вариатор отличается от трансмиссий других видов

Вариатором оснащены только элитные дорогостоящие транспортные средства. С его строением еще не все ознакомлены и поэтому плохо представляют, как работают бесступенчатые КПП и чем они отличаются от механических и автоматических коробок передач. При ближайшем рассмотрении становится понятно, главное отличие состоит в устройстве и принципе действия каждой конструкции.
Коробка-автомат состоит из гидротрансформатора и редуктора. Плавное переключение передач в автоматической коробке осуществляется, благодаря гидротрансформатору, который заменил сцепление. В редукторе АКПП шестеренки на каждой ступени попарно сцеплены между собой. В сравнении с коробкой вариаторного типа, автомат выдает более низкий КПД. Потери в гидротрансформаторе являются причиной роста потребления горючего.

В отличие от автомата, клиноременной вариатор не имеет ступеней. Бесступенчатый механизм не переключает передачи в привычном понимании. Изменение скорости автомобиля производится, в результате сложного взаимодействия двух конусообразных шкивов, соединенных металлическим ремнем оригинальной конструкции. Системой электронных датчиков осуществляется контроль за степенью натяжения трапециевидного ремня. От величины данного параметра зависит скорость движения транспортного средства.

При управлении автомобилем, оборудованным коробкой-вариатором, водитель не отвлекается на переключение передач, не ощущает механических рывков, обороты двигателя остаются постоянными.

Недостатки

И все же относительно редко используется CVT (коробка передач). Минусы ее состоят в том, что такие агрегаты могут использоваться лишь с двигателями ограниченной мощности (обычно до 200 л. с. или чуть более), а также они очень чувствительны к условиям эксплуатации и обслуживания. Так, данные КПП не рассчитаны на длительную работу на предельных оборотах и агрессивный стиль вождения, вследствие чего потенциально лучшее ускорение не удается реализовать. Не допустима и эксплуатация на бездорожье. К тому же, несмотря на относительно простую конструкцию, такие агрегаты требовательны к обслуживанию, сложны и дороги в ремонте. Так, сокращена периодичность смены масла и фильтров в сравнении с трансмиссиями прочих типов. Трудоемкость ремонта определяется, в том числе сложностью электронной системы управления, которой контролируется CVT (коробка передач). Плюсы, приведенные выше, для многих потребителей перекрываются данными недостатками. Более того, против таких КПП работают еще два фактора. Во-первых, из-за относительно невысокой популярности многие покупатели относятся к ним с опаской, сомневаясь в надежности и доступности квалифицированного обслуживания. Во-вторых, многих не устраивает характер функционирования такой трансмиссии, а именно монотонная работа двигателя на постоянных оборотах при разгоне. Ввиду этого некоторые производители обеспечили CVT имитацию ступенчатого изменения передаточных чисел как у АКПП и МКПП.

Минусы

Вариаторы не выдерживают высокой мощности современных автомобилей, потому что их цепь и, тем более, ремень, не могут передать высокий крутящий момент. Поэтому бесступенчатые КП устанавливают на автомобили с крутящим моментом до 350-400 Нм. Как правило, это машины малого и среднего класса.

Другой недостаток работы вариатора связан с психологией водителя. Многим не нравится, что вариатор всегда поддерживает один диапазон оборотов. Так, при разгоне вариатор ведет себя непривычно – вместо «раскручивания» двигателя он сразу выходит на максимальные обороты и работает на них с монотонным гулом. В результате водитель не ощущает, собственно, разгон. И ему кажется, что коробка «тормозит».Для решения этой проблемы многие компании стали применять вариаторы с режимом ручного переключения виртуальных «передач».

Так, автомобили Audi стали оснащать новым типом вариатора – коробкой Multitronic.

 В обычном режиме классический вариатор, при выборе режима «спорт» она имитирует работу классической АКПП, то есть, поддерживает выбранную водителем (с помощью подрулевых лопаток) виртуальную «передачу». Такой режим переключения осуществляется с помощью электронных блоков управления и напоминает принцип работы классического «автомата» или робота DSG с двумя сцеплениями.

Но, пожалуй, самый весомый недостаток вариатора – дороговизна его обслуживания и недолговечность трансмиссии.

Сама конструкция вариатора, при всех его плюсах по КПД и плавности хода, не рассчитана на большие пробеги и высокие нагрузки. CVT не любит пробки, бездорожье и высокие скорости и редко когда доживает до 200 тыс. км.

Мало кто знает, что вариатор надо регулярно обслуживать. Причем простой заменой масла (а оно для вариатора намного дороже, чем для других КПП) дело не обойдется.

Еще необходимо менять фильтры и промывать радиатор в нем, желательно – с его разборкой и промывкой каждые 50-60 тыс. км. Не сделаете этого спустя 100 тысяч – риск поломки вариатора весьма велик. А иногда и гораздо раньше.

Выходят из строя в вариаторах, как правило, две вещи. Ремень, который обеспечивает связку ведущего и ведомого валов, и его достаточно сложная электроника. Причем электроника может давать сбои значительно раньше.

Если ремень рвется и разлетается в клочья (средний срок его жизни – порядка 100 -150 тыс. км) и выводит из строя всю коробку, простой заменой ремня уже не обойтись. Скорее всего, придется ремонтироваться у официалов, а послегарантийный ремонт там обойдется очень недешево.

Принцип работы вариаторной коробки передач

Внешне вам не удастся отличить автомобиль с вариаторной коробкой передач. Все как на любом автомате: две педали и рычаг переключения режимов трансмиссии. Но сев за руль, вы сразу отметите плавность смены передач. При наборе автомобилем скорости, а также при торможении, вариатор последовательно меняет передаточное число, без участия водителя и имеет бесчисленное количество коэффициентов.

Изначально, само по себе устройство CVT коробки не сложное — два шкива, ведущий (соединен с двигателем) и ведомый (соединен с колесами), между ними протянут ремень. Но по мере эксплуатации вариаторов, как и любого другого узла, выявляются определенные недостатки и нюансы. В результате накопления знаний, производители дорабатывают механизмы, добавляют блоки и дополнительные элементы.

Современный вариатор — это уже не два шкива, а слаженная работа отдельных элементов под управлением программного обеспечения. Гидротрансформатор, степ-мотор, соленоиды-регуляторы, ремни и цепи сложной конструкции, продуманная система смазки и охлаждения.

Например, широкий диапазон передаточных чисел в вариаторе обеспечивает устройство под названием step motor (шаговый двигатель). Получая команду от электронной системы управления, шаговый двигатель по средствам давления рабочей жидкости сдвигает, либо раздвигает конусы ведущего шкива, меняя коэффициент.

Конусы же ведомого шкива сдвигаются и раздвигаются под действием ремня/цепи. В коробках разных поколений, роль шагового двигателя могут брать на себя соленоиды-регуляторы.

По конструкции можно разделить бесступенчатые коробки на несколько типов:

• Конусные;
• Клиноременные и цепные;
• Тороидальные;
• Зубчатые.

В автомобилестроении широкое применение получили клиноременные и цепные вариаторы со шкивами изменяемого диаметра. Тороидальные и зубчатые, в виду сложности конструкции и других нерешенных проблем, если и применялись, то скорее в качестве экспериментов.

Впервые вариатор был применен на легковой машине DAF 600, представленной в 1958 году на Амстердамском автосалоне. Бесступенчатая трансмиссия получила название DAF Variomatic. За 4 года (1959-1963), был выпущен в общей сложности 30591 автомобиль.

Поскольку объем двигателя у DAF 600 был всего лишь 590 куб. см, с мощностью 19 л. с., клиноременный вариатор DAF Variomatic показал себя более чем успешно. За необычную по тем временам систему привода, DAF 600 шутливо называли «автомобилем на подтяжках».

Как правильно ездить на машине с коробкой CVT

Чтобы продлить срок службы вариаторной трансмиссии, необходимо правильно эксплуатировать автомобиль с данной конструкцией коробки передач. Владелец должен воздерживаться от выезда за пределы дороги. Пробуксовка колес при движении по снегу или грязи снижает срок службы механизма.

Не натыкайтесь на какие-либо острые препятствия, как можно реже переключайтесь с режима D на R, чтобы снизить скорость износа компонентов.

Нельзя использовать автомобиль в качестве тягача или перевозить прицеп, превышающий установленные нормы.

Разгонная динамика вариатора

Начните с драйва.

При нулевой скорости обороты двигателя находятся на уровне «холостого хода», 700-900 об/мин. При нажатии на педаль газа машина сначала «набирает обороты», еле двигаясь. Набрав обороты, машина начинает двигаться с постоянной тягой, без «дерганий» при переключении передач.

Я бы назвал этот режим «выстрел из рогатки». Те сначала подтягиваем резинку (набираем обороты двигателя), а потом постоянно разгоняем машину с постоянным тяговым усилием.

Соревнования по разгону: вариатор и «автомат».

Если поставить на соревнование две одинаковые машины, с вариатором и с классическим «автоматом» (со сцеплением), то после старта мы увидим следующую картину. Автомобиль с «автоматом» довольно резко тронется и начнет разгоняться, периодически «переезжая» на переключение передач. Автомобиль с вариатором потеряет мощность, как если бы водитель позже нажал на педаль газа. Но после этого машина начнет плавно и уверенно разгоняться и в какой-то момент обгонит «автомат».

Зачем заранее?

В первую очередь «автомат» при переключении передач срывает сцепление, в связи с чем тяга нестабильна. В этот момент двигатель не разгоняет автомобиль. Если среднее время переключения около 0,25с, то умножив на 4 интервала (с 1-й по 5-ю передачу), получим 1 секунду без привода. Для среднего автомобиля, который разгоняется до 100 км за 10-12 секунд, это почти 10% времени.

Во-вторых, при разгоне привод стабильно «держит» скорость двигателя в зоне максимального момента. Разгон автомобиля осуществляется за счет изменения передаточного числа трансмиссии. Классические инжекторные бензиновые двигатели очень «медленны» на оборотах ниже 3,5 т/мин. Его мощность просыпается в зоне 4,5-6,5 тысяч оборотов. Автомат хоть и старается поддерживать скорость в высоких зонах при активном разгоне, стрелка тахометра все же плавает в широком диапазоне частот, не всегда захватывая области наибольшего крутящего момента.

С какой скоростью вариатор разгонит машину?

Поскольку сам вариатор (точнее, его программа) определяет, когда прекратить увеличивать скорость и начать «давать тягу» колесам, то это один из самых важных вопросов при вождении данного типа автомобиля. «Старые» вариаторы всегда давали полный газ, заставляя двигатель «расти», даже если водителю требовалось лишь немного газа. Этот безусловный недостаток был исправлен в вариаторах нового поколения 2007-2010 гг.

При плавном нажатии на педаль газа трансмиссия лишь слегка набирает обороты, разгоняя автомобиль слабо, на малых оборотах двигателя. При достаточно сильном нажатии обороты сразу уходят в зону самого оптимального момента (в моей машине это 4,5 тонны оборотов) и тянешь, пока не ослабишь давление на педаль акселератора. При «кручении педалей до земли» коробка сразу устанавливает предел «красной зоны», то есть максимальный крутящий момент, и удерживает его до момента начала педали.

Таким образом, водитель управляет частотой вращения двигателя во время разгона скоростью нажатия на педаль акселератора. Это очень логично и понятно. Чем быстрее вы хотите ускориться, тем быстрее вы нажмете на педаль газа.